Baterias à base de água podem ser uma alternativa ao lítio


Cientistas da Texas A&M University descobriram uma diferença de 1.000 por cento na capacidade de armazenamento de eletrodos de bateria à base de água sem metal.

As baterias à base de água sem metal são únicas e completamente diferentes daquelas que usam cobalto em sua forma de íons de lítio. O foco da equipe de pesquisa nesse tipo de bateria decorre do desejo de ter maior controle sobre a cadeia de suprimentos doméstica, já que o cobalto e o lítio são normalmente adquiridos em outros países. Além disso, a química mais segura da bateria pode evitar possíveis incêndios.

O professor de engenharia química dr. Jodie Lutkenhaus e o professor assistente de química, Dr. Daniel Tabor, publicaram suas descobertas sobre baterias sem lítio na revista Nature Materials.

“Não haveria mais incêndios de bateria porque tudo é à base de água”, disse Lutkenhaus. “Se a escassez projetada de materiais ocorrer no futuro, o preço das baterias de íon-lítio aumentará drasticamente. Se tivermos uma bateria alternativa, podemos recorrer a essa química onde o fornecimento é muito mais estável porque podemos produzi-las no Estados Unidos e os materiais para produzi-los estão disponíveis aqui.”

Lutkenhaus também disse que as baterias de água consistem em um cátodo, um eletrólito e um ânodo. Cátodos e ânodos são polímeros que podem armazenar energia, e o eletrólito é água misturada com sais orgânicos. O eletrólito é crucial para a condução iônica e armazenamento de energia através da interação com o eletrodo.

“Se o eletrodo incha muito durante seus ciclos, ele não pode conduzir elétrons muito bem e você perde o desempenho geral”, disse ela. “Acredito que haja uma diferença de 1.000% na capacidade de armazenamento de energia, dependendo da escolha do eletrólito devido aos efeitos de inchaço.”

De acordo com o artigo, os polímeros radicais redox-ativos não conjugados (eletrodos) são candidatos promissores para baterias de água sem metal devido à alta tensão de descarga dos polímeros e à cinética redox rápida. A reação é complexa e difícil de resolver devido à transferência simultânea de elétrons, íons e moléculas de água.

O grupo de pesquisa de Tabor complementou os esforços experimentais com simulações e análises de computador. As simulações forneceram informações sobre a imagem molecular microscópica da estrutura e da dinâmica.

“Teoria e experimento geralmente trabalham juntos para entender esses materiais. “Uma das coisas novas que fazemos computacionalmente neste artigo é realmente carregar o eletrodo em vários estados de carga e ver como o ambiente responde a esse carregamento”, disse Tabor.

Os pesquisadores observaram macroscopicamente se o cátodo da bateria funcionava melhor na presença de certos tipos de sal, medindo exatamente quanta água e sal entravam na bateria durante a operação.

“Fizemos isso para explicar o que observamos experimentalmente”, disse ele. “Gostaríamos agora de estender nossas simulações para sistemas futuros. Precisávamos confirmar nossa teoria sobre quais são as forças que impulsionam essa injeção de água e solvente.”

“Com esta nova tecnologia de armazenamento de energia, estamos um passo mais perto das baterias sem lítio. “No nível molecular, temos uma ideia melhor de por que alguns eletrodos de bateria funcionam melhor do que outros, e isso nos dá fortes evidências e orientações sobre como avançar no design de materiais”, disse Tabor.


Source: Računalništvo in telefonija – Računalniške novice by racunalniske-novice.com.

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