Energia

Bateria negativa de flúor retém oito vezes mais energia que lítio
O avanço foi possibilitado por um eletrólito condutor de flúor líquido quimicamente estável com alta condutividade iônica e uma ampla faixa de tensões de operação. [Imagem: Brett Savoie - Caltech/Purdue]

Baterias de flúor

Pesquisadores realizaram progressos notáveis no esforço contínuo para desenvolver baterias de alta densidade energética: Eles construíram as primeiras células de energia baseadas em íons de flúor (BIF) que operam a temperatura ambiente.

Devido ao baixo peso atômico do flúor, as baterias recarregáveis baseadas nesse elemento podem oferecer densidades de energia muito elevadas - pelo menos oito vezes superiores aos valores teóricos das tecnologias de íons de lítio.

Por isso, as BIFs oferecem uma alternativa interessante para outros tipos de eletroquímicas para baterias de alta densidade de energia, como as baseadas em reações de íons de lítio ou níquel.

No entanto, elas vinham sendo limitadas pela necessidade de eletrólitos de estado sólido que precisam operar em temperaturas acima de 150 graus Celsius, o que vinha apresentado um desafio significativo para se obter BIFs operacionais em baixa temperatura.

Bateria negativa

Victoria Davis e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA, desenvolveram um método para criar uma célula eletroquímica de íons fluoreto capaz de operar a temperatura ambiente, um avanço possibilitado por um eletrólito condutor de flúor líquido quimicamente estável com alta condutividade iônica e uma ampla faixa de tensões de operação.

As baterias conduzem correntes elétricas transportando átomos carregados - ou íons - entre um eletrodo positivo e um eletrodo negativo. Esse processo de transporte ocorre mais facilmente a temperatura ambiente quando são usados líquidos. No caso das baterias de íons de lítio, o lítio é transportado entre os eletrodos com a ajuda de uma solução líquida, ou eletrólito.

Enquanto os íons de lítio são positivos (chamados de cátions), os íons de flúor usados por Victoria Davis têm uma carga negativa (chamados de ânions). Há vantagens em usar "baterias negativas", mas também há alguns desafios a serem vencidos.

Davis desenvolveu o eletrólito usando sais secos de fluoreto de tetra-alquilamônio dissolvidos em um solvente de éter fluorado orgânico. Quando emparelhados com um catodo composto por uma nanoestrutura central de cobre, lantânio e flúor, ela alcançou os tão esperados ciclos eletroquímicos reversíveis - carregamento e descarregamento - a temperatura ambiente.

A chave para fazer as baterias de flúor dispensarem o estado sólido foi um líquido eletrolítico chamado bis(2,2,2-trifluoroetil)éter, ou BTFE. Este solvente é o que ajuda a manter o íon flúor estável para que ele possa transportar elétrons para frente e para trás na bateria.

Bibliografia:

Room-temperature cycling of metal fluoride electrodes: Liquid electrolytes for high-energy fluoride ion cells
Victoria K. Davis, Christopher M. Bates, Kaoru Omichi, Brett M. Savoie, Neboja Momcilovic, Qingmin Xu, William J. Wolf, Michael A. Webb, Keith J. Billings, Nam Hawn Chou, Selim Alayoglu, Ryan K. McKenney, Isabelle M. Darolles, Nanditha G. Nair, Adrian Hightower, Daniel Rosenberg, Musahid Ahmed, Christopher J. Brooks, Thomas F. Miller III, Robert H. Grubbs, Simon C. Jones
Science
DOI: 10.1126/science.aat7070




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