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Inovação revolucionária: cientistas chineses desenvolvem baterias à base de água que superam as de íons de lítio em segurança e eficiência energética
Uma equipe de cientistas da Academia Chinesa de Ciências descobriu um avanço significativo no desenvolvimento de baterias à base de água, tornando-as mais seguras e eficientes em comparação com as tradicionais baterias de íons de lítio. O estudo foi publicado na revista Nature Energy no dia 23 de abril e pode representar uma revolução no campo das energias sustentáveis.
As baterias de íons de lítio, amplamente utilizadas em carros elétricos e dispositivos portáteis, são conhecidas por sua alta densidade de energia, ou seja, a quantidade de energia que elas conseguem armazenar em relação ao seu tamanho ou peso. No entanto, elas também apresentam riscos consideráveis à segurança, pois o eletrólito – substância que possibilita o fluxo de elétrons – é composto por produtos químicos orgânicos que podem pegar fogo ou explodir em caso de superaquecimento.
A solução inovadora
Em contrapartida, baterias à base de água são naturalmente mais seguras, uma vez que não utilizam esses produtos químicos inflamáveis. Entretanto, até agora, essas baterias eram menos competitivas devido à sua menor densidade de energia. Isso se devia ao fato de operarem em uma janela de voltagem mais estreita, limitando sua eficiência.
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A inovação proposta pelo pesquisador Xianfeng Li e sua equipe aborda exatamente essa limitação. Ao modificar a química do eletrólito da água, os cientistas conseguiram melhorar drasticamente tanto a densidade de energia quanto o desempenho geral dessas baterias. A chave para essa evolução foi a introdução de um novo tipo de eletrólito, denominado eletrólito de halogênio misto, que contém íons de iodeto (I–) e brometo (Br–) em uma solução ácida.
A função dos halogênios
Os aditivos chamados mediadores, que controlam o fluxo de elétrons na solução por meio de reações de oxidação e redução (redox), desempenham um papel crucial no desempenho das baterias. Em baterias aquosas, o iodo é o mediador mais comum, mas sua eficiência é limitada pela lentidão das reações e pelos subprodutos indesejáveis.
Com a introdução do bromo no eletrólito, a equipe conseguiu aumentar a velocidade dessas reações e reduzir os subprodutos. Essa melhoria permitiu que os íons brometo e iodeto trabalhassem juntos, acelerando o processo de transferência de elétrons e elevando significativamente a densidade de energia das baterias aquosas.
Resultados promissores
Os pesquisadores realizaram uma série de experimentos para avaliar o impacto do novo eletrólito em diferentes tipos de baterias. Os resultados foram surpreendentes: o novo eletrólito quase dobrou a densidade de energia das baterias quando comparado com as tradicionais baterias de íons de lítio, especialmente quando combinado com ânodos de cádmio – frequentemente usados em ferramentas elétricas portáteis de alta energia.
Além disso, ao utilizar sistemas de vanádio, que são comumente aplicados no armazenamento de energia de usinas e fontes de energia renovável, os pesquisadores observaram uma vida útil de mais de 1.000 ciclos de carga e descarga, mantendo um desempenho estável e eficiente ao longo do tempo.
Um futuro mais seguro e eficiente
Essa nova abordagem de baterias à base de água com eletrólitos de halogênio misto representa um grande avanço não só em termos de segurança, mas também em eficiência energética. A equipe liderada por Li acredita que, com a continuação do desenvolvimento, essas baterias poderão competir em custo e desempenho com as atuais tecnologias de íons de lítio, tornando-se uma alternativa viável para aplicações como dispositivos eletrônicos e o armazenamento de energia renovável.
Com esse avanço, o futuro das baterias parece mais promissor e seguro, e o uso de água como base para baterias pode se tornar uma realidade cada vez mais presente no dia a dia.
