Bateria de íon de sódio 12.03.2015

Os químicos fizeram uma bateria de íons de sódio que funciona tão bem quanto a bateria de íons de lítio a que estamos acostumados.

Há alguns anos, foi sugerido que é hora de a humanidade pensar em uma escassez iminente, mas não na de petróleo e gás, que geralmente temos medo, mas na escassez de um metal alcalino - o lítio. Em nossa vida, há cada vez mais dispositivos eletrônicos e todos os tipos de gadgets. E todos eles, do celular ao carro elétrico, usam energia elétrica armazenada em baterias. A maioria delas são baterias de íons de lítio. Hoje é o tipo mais comum de baterias recarregáveis. E embora seja improvável que vejamos guerras por depósitos de lítio em um futuro próximo, seu custo pode aumentar. E isso significa que é hora de pensar em baterias mais baratas que usariam outras células. Os desenvolvedores estão apostando no parente mais próximo do lítio no sistema periódico - o sódio, como um metal muito mais comum e barato.

Por que você não pode simplesmente pegar e substituir o lítio em uma bateria por sódio? É tudo sobre o tamanho atômico. Embora o lítio e o sódio sejam muito semelhantes em suas propriedades químicas, o átomo de sódio é significativamente maior que o átomo de lítio. E acaba sendo fundamental para o funcionamento da bateria. Uma bateria de lítio tem dois eletrodos, um feito de carbono ou grafite e o outro feito de um óxido metálico como o cobalto. Os íons de lítio servem como transportadores de carga entre os eletrodos, razão pela qual, na verdade, são chamadas de baterias de íons de lítio. Durante a recarga, os íons de lítio são liberados do eletrodo de óxido metálico e passam para o segundo eletrodo, que é feito de carbono.

O tamanho dos átomos de lítio é tal que eles podem ser facilmente integrados na estrutura do eletrodo. Esse processo é chamado de intercalação, durante o qual os íons metálicos "espremem" entre as camadas atômicas de grafite. Durante a descarga, ocorre o processo inverso - os íons de lítio saem do eletrodo de grafite e retornam ao segundo eletrodo.

O ponto chave deste processo eletroquímico é apenas a incorporação de íons no eletrodo. Quanto mais rápido e fácil passar, maior pode ser a potência instantânea. Se o processo for lento, a bateria não poderá fornecer a corrente necessária para operar o dispositivo. Essa é justamente a dificuldade em desenvolver uma bateria de íons de sódio. Um eletrodo de carbono não é adequado porque os íons de sódio, devido ao seu tamanho, são extremamente relutantes em se integrar à estrutura do grafite.

É por isso que os eletroquímicos estão procurando materiais de eletrodos adequados para a eletrônica convencional. Afinal, é possível fazer uma bateria com íons de sódio e funcionará, o ponto principal é que não será tão pequeno, espaçoso e poderoso quanto o lítio. Mas é potência e tamanho que são os parâmetros mais importantes para dispositivos móveis.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Yong Lei, da Universidade Técnica de Ilmenau, na Alemanha, apresentou um material que pode ser usado para fazer um eletrodo em uma bateria de íons de sódio, para que não seja inferior ao lítio em termos de potência e capacidade.

Primeiro, os químicos analisaram quais propriedades o material do eletrodo deveria ter para garantir a introdução efetiva de íons sódio. A escolha recaiu sobre compostos aromáticos conjugados da classe trans-estilbeno. Eles têm a capacidade de transferir carga, são estáveis ​​ao carregar e descarregar a bateria e formam camadas intermoleculares entre as quais o sódio pode ser facilmente introduzido.

Os químicos testaram o quão bem um eletrodo feito desse material funcionaria e descobriu-se que, com uma densidade de corrente média de 1 A / g, a capacidade seria de 160 mAh / g, o que não é inferior às baterias de íons de lítio. A bateria também teve um bom desempenho no teste de resistência, mantendo 70% da capacidade após 400 ciclos de carga e descarga. E embora a implementação comercial do projeto ainda esteja longe, os resultados alcançados indicam que as baterias de íons de sódio têm direito à vida e podem, em princípio, substituir as já conhecidas baterias de íons de lítio.