Pesquisadores do MIT desenvolveram um novo tipo de bateria de lítio-oxigênio – ou lítio-ar – que fornece mais energia e apresenta maior estabilidade do que os protótipos similares criados até agora. E é inteiramente de estado sólido.
As “baterias a ar” – como as de ar-lítio, ar-ferro e ar-silício – capturam o oxigênio atmosférico para gerar uma reação química em seu interior no ciclo de descarregamento, e liberam esse oxigênio de volta na hora do recarregamento.
Em teoria, todas podem ser muito mais eficientes do que a atual geração de baterias de íons de lítio. Na prática, contudo, elas costumam desperdiçar como calor a maior parte da energia que recebem durante o carregamento e ainda têm uma vida útil considerada curta.
Oxigênio em sólidos
Zhi Zhu e seus colegas desenvolveram um novo conceito que eles chamaram de bateria de cátodo de nanolítia – nanolítia é o mesmo que óxido de lítio na forma de nanopartículas.
A reação química entre o lítio e o oxigênio é a mesma que nas demais versões das baterias de ar-lítio, mas essa reação ocorre sem deixar que o oxigênio reverta para sua forma gasosa. Em vez disso, o oxigênio permanece dentro do material sólido – o que é importante para fazer uma bateria selada – e se transforma diretamente entre seus três estados redox, ligando-se seletivamente a três diferentes compostos químicos sólidos: Li2O, Li2O2 e LiO2.
Isso reduz a perda de tensão – a diferença entre a tensão necessária para recarregar a bateria e a tensão que ela disponibiliza quando carregada – por um fator de cinco, de 1,2 volt para 0,24 volt. Isto significa que apenas 8% da energia usada no recarregamento é perdida na forma de calor. Os protótipos das baterias de ar-lítio construídas até agora perdem até 30% da energia como calor.
Bateria ar-lítio de estado sólido
A abordagem de estado sólido ajudou a superar outro problema das baterias de lítio-ar: Até agora, como o composto químico envolvido na reação de carga e descarga converte oxigênio entre formas gasosas e sólidas, o material passa por grandes mudanças de volume que fazem a bateria inteira trincar, limitando a sua vida útil. Sem a mudança de estado, o novo protótipo é muito mais durável.
O segredo para a nova formulação é a criação de nanopartículas que contêm tanto o lítio quanto o oxigênio na forma de um vidro, firmemente confinados dentro de uma matriz de óxido de cobalto – os pesquisadores chamam essas nanopartículas de nanolítia. Desta forma, as transições entre Li2O, Li2O2 e LiO2 ocorrem inteiramente no interior do material sólido.
A equipe espera passar da sua prova de conceito para um protótipo prático e pronto para testes reais no prazo de um ano.
Bibliografia:
Anion-redox nanolithia cathodes for Li-ion batteries
Zhi Zhu, Akihiro Kushima, Zongyou Yin, Lu Qi, Khalil Amine, Jun Lu, Ju Li
Nature Energy
Vol.: 1, Article number: 16111
DOI: 10.1038/nenergy.2016.111
Autor: Inovação Tecnológica
