Bateria de íons de cálcio torna-se alternativa às baterias de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/08/2022

Esquema de construção do protótipo e micrografia do material desenvolvido pela equipe.
[Imagem: Aniruddha S. Lakhnot et al. - 10.1073/pnas.2205762119]

Bateria de cálcio

Há tempos se sabe que as baterias de íons de cálcio poderiam substituir as baterias de íons de lítio com grandes vantagens.

Além de o cálcio ser muito mais abundante e mais barato do que o lítio, uma bateria de íons de cálcio pode superar os 2.000 mAh/cm^-3, contra menos de 800 mAh/cm^-3 das baterias de lítio.

"O íon de cálcio é bivalente e, portanto, uma inserção de íon fornecerá dois elétrons por íon durante a operação da bateria. Isso permite [criar] uma bateria de íons de cálcio altamente eficiente, com massa e volume reduzidos," detalhou o professor Nikhil Koratkar, do Instituto Politécnico Rensselaer, nos EUA.

O grande entrave para que isso se torne realidade é que os íons de cálcio são muito grandes, tornando difícil encontrar um material pelo qual eles possam navegar com facilidade, de modo a permitir o uso e o recarregamento da bateria.

A equipe do professor Koratkar acredita ter encontrado a solução para este problema.

A solução está em um material chamado óxido de molibdênio-vanádio (MoVO), que não apenas é superporoso, mas também tem poros grandes o suficiente para que os íons de cálcio naveguem sem ficar entalados.

Encanamento para íons

Os pesquisadores descobriram como sintetizar óxidos de molibdênio-vanádio que contêm grandes canais, ou túneis, em forma hexagonal e heptagonal, que atravessam todo o material.

Esses túneis funcionam como "encanamentos" para o transporte reversível e rápido dos íons, e os testes indicam que o MoVO fornece um dos melhores desempenhos já obtidos para o armazenamento de íons de cálcio, com a vantagem de ser um material muito mais simples de ser sintetizado.

A equipe demonstrou isto em um protótipo de bateria aquosa de íons de cálcio usando polimorfos ortorrômbicos e trigonais do óxido de molibdênio e vanádio como hospedeiro para os íons de cálcio.

O rendimento ainda ficou abaixo das baterias comerciais de lítio, mas os 203 mAh/cm^-3 obtidos por um primeiro protótipo são encorajadores para o prosseguimento das pesquisas.

"Este trabalho pode levar a uma nova classe de baterias de alto desempenho à base de cálcio, que usem materiais seguros e abundantes na Terra e, portanto, são acessíveis e sustentáveis. Essas baterias podem encontrar uso generalizado em eletrônicos portáteis e de consumo, veículos elétricos, bem como no armazenamento de energia renovável e de rede," disse Koratkar.

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