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Com novo eletrólito aquoso desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Maryland e do Laboratório Nacional de Brookhaven, baterias de zinco alcançaram 99,99% de eficiência em 1.000 ciclos e densidade de até 130 Wh/kg, reforçando seu potencial para armazenar energia solar e eólica com menor custo
Pesquisadores da Universidade de Maryland e do Laboratório Nacional de Brookhaven desenvolveram novos eletrólitos aquosos que podem melhorar o desempenho das baterias de zinco, com eficiência coulombiana de 99,99% ao longo de 1.000 ciclos e densidades de energia de até 130 Wh/kg. O avanço foi apresentado em artigo publicado na Nature Nanotechnology, em 2026, e mira um dos principais entraves para o armazenamento barato, seguro e estável de energia renovável.
A proposta busca tornar mais viável o uso de baterias aquosas de zinco metálico em sistemas ligados à eletricidade gerada por fontes como células solares e turbinas eólicas. Essas tecnologias produzem energia de forma crescente em muitos países, mas dependem de armazenamento confiável para que a eletricidade possa ser usada quando há pouca luz solar ou vento.
Baterias de zinco avançam com novo eletrólito aquoso
As baterias de zinco são vistas como uma alternativa promissora porque usam soluções à base de água e ânodos de zinco para armazenar e liberar energia. O modelo combina baixo custo, segurança e características ecológicas, fatores importantes para aplicações em armazenamento de energia solar e eólica.
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Apesar desse potencial, a tecnologia ainda enfrenta limitações importantes de eficiência e estabilidade a longo prazo. Durante o funcionamento, moléculas de água podem se decompor, enquanto pequenas estruturas conhecidas como dendritos de zinco se formam na superfície dos eletrodos.
Esses dois problemas reduzem o desempenho da bateria e dificultam sua aplicação mais ampla. A nova estratégia trabalha justamente na composição do eletrólito, o líquido responsável por permitir o transporte de íons dentro da bateria.
Os eletrólitos criados pela equipe combinam água com sais cuidadosamente selecionados. Essa composição permite que íons de carga negativa, os ânions, se aproximem dos íons de zinco e estabilizem a estrutura molecular formada ao redor dos ânodos.
Objetivo foi aumentar vida útil sem elevar custos
O trabalho teve como principal objetivo prolongar a vida útil e ampliar a eficiência das baterias de zinco sem aumentar os custos de produção. A pesquisa foi conduzida pelo Dr. Dejian Dong, do grupo de Chunsheng Wang, autor sênior do artigo.
Wang explicou que eletrólitos conhecidos como “água em sal” já haviam ampliado a janela de estabilidade eletroquímica dos eletrólitos aquosos para 3,0 V. Isso permitiu que baterias de zinco alcançassem vida útil longa, mas trouxe dificuldades ligadas ao custo, à viscosidade e à queda na condutividade iônica.
No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram eletrólitos aquosos de baixa concentração. A proposta oferece desempenho semelhante ao dos eletrólitos de água em sal, mas com baixa viscosidade, menor custo e alta condutividade.
As soluções desenvolvidas contêm água e sais com números doadores específicos. Esses números influenciam a forma como os sais interagem com os íons de zinco dentro da bateria.
Camada com ponte de ânions protege o zinco
A equipe utilizou ânions fluorados capazes de interagir não apenas com o Zn²⁺, mas também com as moléculas de água presentes ao redor da estrutura de solvatação. Essa interação forma uma camada de solvatação secundária com ponte de ânions.
Dong explicou que essa estrutura ajuda a proteger o zinco contra reações secundárias induzidas pela água. A camada também contribui para uma interface mais estável e preserva boas propriedades de transporte no eletrólito.
Os pesquisadores observaram que eletrólitos aquosos contendo sais com números doadores acima de 18 melhoravam as interações iônicas nas baterias de zinco. Esses sais favoreceram a formação de uma estrutura molecular mais estável ao redor do zinco.
Com essa estrutura mais organizada, houve redução na formação de dendritos de zinco. O resultado foi um desempenho geral mais alto nas baterias testadas em laboratório.
Dong afirmou que o design atual de eletrólitos, baseado na regulação da camada de solvatação primária, enfrenta o desafio de melhorar uma propriedade em prejuízo de outras. A inovação do trabalho está em atuar sobre a estrutura de solvatação secundária, abrindo caminho para melhorar simultaneamente diferentes propriedades do eletrólito.
Testes indicam eficiência de 99,99% em 1.000 ciclos
Depois de desenvolver os novos eletrólitos, os pesquisadores os utilizaram para criar baterias de zinco e realizar testes em laboratório. Os resultados indicaram eficiência coulombiana de 99,99% durante 1.000 ciclos de operação.
As baterias também alcançaram densidades de energia de até 130 Wh/kg. Esses dados indicam um passo relevante para soluções aprimoradas de armazenamento de energia em redes elétricas.
O estudo abre novas possibilidades para o avanço das baterias de zinco. A estratégia de design poderá ser usada para desenvolver outros eletrólitos aquosos com concentrações semelhantes de sais e números doadores considerados desejáveis.
Wang afirmou que o trabalho oferece uma nova perspectiva para o design de eletrólitos. A abordagem apresenta um caminho para manter, ao mesmo tempo, alta condutividade iônica, baixo custo e estabilidade interfacial aprimorada.
Armazenamento renovável pode ficar mais acessível
As baterias de zinco de baixo custo, seguras e de alto desempenho poderão ganhar espaço em aplicações de maior escala caso os eletrólitos aquosos avancem para a comercialização. A implantação ampla da tecnologia pode tornar o armazenamento da energia renovável mais acessível e econômico.
Esse avanço se conecta diretamente à necessidade de guardar eletricidade produzida por painéis solares e turbinas eólicas. A possibilidade de usar essa energia em momentos de menor geração aumenta a eficácia dessas fontes como soluções sustentáveis.
Os próximos estudos vão estender o conceito a outros tipos de sistemas eletrolíticos. A equipe também pretende empregar técnicas avançadas de caracterização e abordagens teóricas para compreender melhor os processos interfaciais e seus mecanismos.
Com a nova estratégia de eletrólitos, as baterias de zinco passam a ter um caminho mais claro para superar limitações históricas de estabilidade, custo e desempenho. O trabalho indica que mudanças na estrutura de solvatação secundária podem ampliar o potencial dessa tecnologia no armazenamento de energia renovável.
Estudo disponível em Nature Nanotechnology.
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