PULLMAN, Wash. - Os pesquisadores da Washington State University (WSU) e do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) criaram uma bateria de íon de sódio que contém tanta energia e funciona tão bem quanto algumas bateria químicas comerciais de íon de lítio, tornando tecnologia da bateria potencialmente viável, com materiais abundantes e baratos.
A equipe relata um dos melhores resultados até agora para uma bateria de íon de sódio. Ele é capaz de fornecer uma capacidade semelhante a algumas baterias de íon de lítio e recarregar com sucesso, mantendo mais de 80 por cento de sua carga após 1.000 ciclos. A pesquisa, liderada por Yuehe Lin, professor da Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais da WSU, e Xiaolin Li, um cientista pesquisador sênior do PNNL, foi publicada na revista ACS Energy Letters.
Junhua Song, graduado em PhD da WSU, e seus colegas criaram uma bateria de íon de sódio.
“Este é um grande desenvolvimento para baterias de íon de sódio”, disse o Dr. Imre Gyuk, diretor de Armazenamento de Energia do Escritório de Eletricidade do Departamento de Energia, que apoiou este trabalho no PNNL. “Há um grande interesse em torno do potencial de substituição das baterias de íon-lítio por íon-Na em muitas aplicações”.
As baterias de íon-lítio são onipresentes, usadas em inúmeras aplicações, como telefones celulares, laptops e veículos elétricos. Mas eles são feitos de materiais, como cobalto e lítio, que são raros, caros e encontrados principalmente fora dos Estados Unidos. Conforme a demanda por veículos elétricos e armazenamento de eletricidade aumenta, esses materiais se tornarão mais difíceis de obter e possivelmente mais caros. Baterias de lítio também seriam problemáticas para atender à enorme demanda crescente por armazenamento de energia da rede elétrica.
Por outro lado, as baterias de íon de sódio, feitas de sódio barato, abundante e sustentável dos oceanos ou da crosta terrestre, podem ser um bom candidato para armazenamento de energia em grande escala. Infelizmente, eles não retêm tanta energia quanto as baterias de lítio. Eles também têm problemas para serem recarregados, pois seriam necessários para um armazenamento eficaz de energia. Um problema chave para alguns dos materiais catódicos mais promissores é que uma camada de cristais de sódio inativos se acumula na superfície do catodo, interrompendo o fluxo de íons de sódio e, conseqüentemente, matando a bateria.
“O principal desafio é que a bateria tenha alta densidade de energia e um bom ciclo de vida”, disse Junhua Song, autor principal do artigo e graduado em PhD da WSU que agora está no Lawrence Berkeley National Laboratory.
Como parte do trabalho, a equipe de pesquisa criou um cátodo de óxido metálico em camadas e um eletrólito líquido que incluía íons de sódio extras, criando uma sopa mais salgada que tinha uma melhor interação com seu cátodo. Seu design de cátodo e sistema de eletrólito permitiu o movimento contínuo de íons de sódio, evitando o acúmulo de cristal de superfície inativa e permitindo a geração de eletricidade desimpedida.
“Nossa pesquisa revelou a correlação essencial entre a evolução da estrutura do cátodo e a interação da superfície com o eletrólito”, disse Lin. “Estes são os melhores resultados já relatados para uma bateria de íon de sódio com um cátodo em camadas, mostrando que esta é uma tecnologia viável que pode ser comparada às baterias de íon de lítio.”
Os pesquisadores agora estão trabalhando para entender melhor a importante interação entre seu eletrólito e o cátodo, para que possam trabalhar com diferentes materiais para um design de bateria aprimorado. Eles também querem projetar uma bateria que não use cobalto, outro metal raro e relativamente caro.
“Este trabalho abre caminho para baterias de íon de sódio práticas, e os insights fundamentais que ganhamos sobre a interação catodo-eletrólito lançam luz sobre como podemos desenvolver materiais de catodo sem cobalto ou com baixo teor de cobalto em baterias de íon de sódio, bem como em outros tipos de química de bateria ”, disse Song. “Se pudermos encontrar alternativas viáveis para o lítio e o cobalto, a bateria de íon de sódio pode realmente ser competitiva com as baterias de íon de lítio.
“E isso seria uma virada de jogo”, acrescentou.
Fontes/créditos:
Nações Unidas
Contatos de mídia:
Junhua Song, pesquisador de pós-doutorado, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, junhua.song@wsu.edu
Yuehe Lin, professor, Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais, 509-335-8523, yuehe.lin@wsu.edu
Xiaolin Li, cientista pesquisador sênior, Pacific Northwest National Lab, 509-372-6217, xiaolin.li@pnnl.gov
Tina Hilding, diretora de comunicações, Voiland College of Engineering and Architecture, (509) 335-5095, thilding@wsu.edu
Por Tina Hilding, Voiland College of Engineering and Architecture