Eletroquímica - Material pode substituir baterias de lítio pelas sólidas de íon de sódio
Protótipo durou mais de mil ciclos, o maior de uma bateria desse tipo até hoje
Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia (UC), San Diego (EUA), projetou e fabricou um novo condutor de íon de sódio para baterias de íon de sódio de estado sólido que é estável quando incorporado em cátodos de óxido de alta voltagem. Esse novo eletrólito sólido pode melhorar substancialmente a eficiência e a vida útil dessa classe de baterias. Um protótipo construído com esse conceito durou mais de mil ciclos, mantendo 89,3% de sua capacidade – melhor resultado alcançado até hoje por baterias dessa classe.
Esses acumuladores de energia prometem ser mais seguros, baratos e duradouros. As baterias de íon de sódio são particularmente promissoras porque o sódio é barato e abundante, ao contrário do lítio, mais usado atualmente, que é extraído a um alto custo ambiental. O objetivo é construir baterias para armazenamento de energia em grande escala, especialmente as geradas por fontes renováveis.
“A indústria quer que baterias em nível de célula custem de US$ 30 a US$ 50 por kWh”, cerca de um terço a um quinto do que custa hoje, disse Shirley Meng, professora de nanoengenharia da UC San Diego, que está entre os autores do artigo publicado recentemente na Nature Communications.
UC San Diego
“Essas descobertas destacam o imenso potencial dos condutores de íon haleto para aplicações de bateria de íon de sódio de estado sólido”, disse Ong
Para a bateria descrita no estudo, os pesquisadores liderados pelo professor de nanoengenharia da UC San Diego, Shyue Ping Ong, executaram uma série de simulações computacionais alimentadas por um modelo de aprendizado de máquina para rastrear qual química teria a combinação certa de propriedades para uma bateria de estado sólido com um cátodo de óxido. Depois que um material foi selecionado como um bom candidato, o grupo de pesquisa de Meng o fabricou, testou e caracterizou experimentalmente para determinar suas propriedades eletroquímicas.
Ao iterar rapidamente entre a computação e o experimento, a equipe estabeleceu uma classe de condutores de haleto de sódio compostos de sódio, ítrio, zircônio e cloreto. O material, que eles chamaram de NYZC, era eletroquimicamente estável e quimicamente compatível com os cátodos de óxido usados em baterias de íon de sódio de alta voltagem. A equipe então procurou pesquisadores da UC Santa Barbara para estudar e compreender as propriedades estruturais e o comportamento deste novo material.
NYZC é baseado em Na3YCl6, um material bem conhecido, mas que é um péssimo condutor de sódio. Ong sugeriu substituir o zircônio pelo ítrio porque criaria vagas e aumentaria o volume da bateria da célula, duas abordagens que aumentam a condução dos íons sódio. Os pesquisadores também notaram que, em conjunto com o volume aumentado, uma combinação de íons zircônio e cloreto neste novo material sofre um movimento rotativo, resultando em mais vias de condução para os íons sódio. Além do aumento na condutividade, o material de haleto é muito mais estável do que os materiais atualmente usados em baterias de sódio de estado sólido.
“Essas descobertas destacam o imenso potencial dos condutores de íon haleto para aplicações de bateria de íon de sódio de estado sólido”, disse Ong.
As próximas etapas incluem explorar outras substituições para esses materiais de haleto e aumentar a densidade de energia geral da bateria, junto com o trabalho para aumentar o processo de fabricação.
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