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Bateria à base de água criada por cientistas da China e de Hong Kong usa sais de magnésio e cálcio semelhantes à salmoura do tofu, resistiu a 120 mil ciclos em laboratório e mira o armazenamento de energia em redes elétricas com foco em segurança, durabilidade e menor risco ambiental.
Cientistas da China e de Hong Kong desenvolveram uma bateria à base de água com eletrólito neutro, feito com sais de magnésio e cálcio, semelhante à salmoura usada na coagulação do tofu, que funcionou por 120.000 ciclos de carga em testes de laboratório.
A tecnologia ainda não está pronta para substituir baterias de celulares, laptops ou carros elétricos, mas surge como uma possibilidade para o armazenamento de energia em redes elétricas, onde segurança, durabilidade, custo e facilidade de manutenção pesam mais do que tamanho e leveza. Os resultados foram publicados na revista Nature Communications.
O diferencial está na tentativa de resolver um dos principais problemas das baterias aquosas. Embora usem eletrólitos à base de água e geralmente não sejam inflamáveis, muitas dependem de líquidos fortemente ácidos ou alcalinos, capazes de corroer eletrodos, provocar reações secundárias, gerar gases como hidrogênio e oxigênio e reduzir a vida útil do sistema.
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No novo estudo, os pesquisadores trabalharam com um eletrólito aquoso neutro, com pH 7, semelhante ao da água pura. A solução utiliza sais de magnésio e cálcio, ingredientes não inflamáveis, e atendeu a diversos padrões de segurança para descarte, conforme os testes relatados pela equipe.
Bateria à base de água mira armazenamento para a rede elétrica
A busca por novas baterias está ligada ao desafio de armazenar energia limpa. Painéis solares produzem grande volume de eletricidade ao meio-dia, enquanto turbinas eólicas tendem a ganhar força à noite e ao amanhecer, quando ventos em grandes altitudes são mais intensos.
As cidades precisam guardar essa energia por horas, dias ou períodos ainda maiores, de modo economicamente viável e ambientalmente sustentável. Nesse cenário, uma bateria estacionária de grande porte não precisa ter o tamanho compacto exigido por eletrônicos portáteis.
As baterias de íon-lítio dominam celulares, notebooks e veículos elétricos porque concentram muita energia em pouco espaço. Para redes elétricas, porém, outras características podem se tornar mais importantes, como segurança, baixo custo, longa duração e manutenção simples em escala.
É nesse ponto que as baterias aquosas chamam atenção. Por usarem eletrólitos à base de água, elas tendem a ser não inflamáveis e mais baratas do que sistemas convencionais de íon-lítio, embora ainda enfrentem limitações técnicas importantes.
Polímero orgânico ajudou a manter estabilidade
Um eletrólito neutro, sozinho, não basta para criar uma bateria eficiente. A dificuldade está em encontrar eletrodos capazes de armazenar e liberar íons rapidamente, sem se dissolver, corroer ou perder sua estrutura ao longo dos ciclos.
A equipe concentrou os testes no eletrodo negativo, etapa em que muitos projetos de baterias aquosas falham. Em vez de um material à base de metal, os cientistas sintetizaram três polímeros orgânicos covalentes, conhecidos como COPs.
Esses polímeros são estruturas rígidas, porosas e ricas em carbono, formadas por unidades orgânicas repetidas. A função delas é oferecer poros e sítios químicos ativos onde os íons podem se ligar durante o funcionamento da bateria.
Entre os materiais avaliados, o Hex-TADD-COP foi o que mais se destacou. O nome completo é hexacetona-tetraaminodibenzo-p-dioxina polímero orgânico covalente, uma estrutura com ligações químicas doadoras de elétrons.
Essas ligações ajudaram os íons a se moverem rapidamente e também reduziram a voltagem de operação do eletrodo. Nos testes, íons de magnésio e cálcio interagiram de forma reversível com sítios químicos do polímero.
Durante a descarga, os íons se ligavam ao material. Durante a carga, eles se soltavam novamente, repetindo o movimento sem perda rápida de desempenho.
A espectroscopia e a modelagem usadas no estudo indicaram que esse ciclo poderia ocorrer com estabilidade incomum. Na prática, o eletrodo manteve 72,67% de sua capacidade após 120.000 ciclos de carga e descarga.
Resultado de 120.000 ciclos não significa garantia literal de 300 anos
O número de ciclos chamou atenção porque, em um cálculo simples, uma bateria de rede carregada aproximadamente uma vez por dia levaria mais de 300 anos para atingir 120.000 ciclos. Ainda assim, esse resultado não significa que uma bateria comercial funcionaria por três séculos em operação real.
Os testes de laboratório isolam apenas um tipo de estresse. Em uso prático, baterias enfrentam variações de temperatura, defeitos de fabricação, contaminação, ressecamento, inchaço, falhas de embalagem e outros problemas que podem reduzir sua vida útil.
Por isso, o dado deve ser interpretado como sinal de uma química muito estável, não como promessa literal de duração de 300 anos. A bateria à base de água demonstrou resistência elevada nos testes, mas ainda precisaria avançar até uma aplicação comercial.
Outro ponto importante está na densidade de energia. A célula completa chegou a 48,3 watts-hora por quilograma, valor menor do que o de baterias de fosfato de ferro-lítio, conhecidas como LFP, usadas atualmente em armazenamento de redes elétricas.
As baterias LFP geralmente ficam entre 90 e 160 Wh/kg, com algumas células mais recentes acima dessa faixa. Isso indica que a nova bateria provavelmente precisaria ser duas a três vezes mais pesada para armazenar a mesma quantidade de eletricidade.
Segurança e descarte aparecem como pontos centrais
O peso maior seria uma limitação para celulares, notebooks e carros elétricos. Para redes elétricas, porém, a bateria pode ficar em contêineres próximos a usinas solares, parques eólicos, subestações e fábricas, onde volume e peso têm impacto diferente.
Nesse contexto, uma tecnologia maior pode ser aceitável se durar muito mais tempo, evitar solventes orgânicos inflamáveis e oferecer risco ambiental menor no descarte. A viabilidade econômica, no entanto, ainda não pode ser definida, pois depende de avaliação em produção em massa.
A afirmação ambiental mais forte do estudo envolve as células completas, descritas como atóxicas e adequadas para descarte direto no meio ambiente conforme padrões atuais, incluindo a Lei de Conservação e Recuperação de Recursos dos Estados Unidos.
Após os ciclos de carga e descarga, o pH do eletrólito permaneceu entre 4,91 e 7,02. Os autores também não detectaram metais pesados na análise do eletrólito depois dos testes.
Isso não significa que baterias usadas possam ser descartadas livremente em rios, campos ou aterros sem regulamentação. Em laboratório, a classificação ambiental depende das condições específicas avaliadas e da composição química testada.
Dispositivos comerciais ainda incluem embalagens, coletores de corrente, separadores, aglutinantes, resíduos de fabricação e outros componentes auxiliares. Mesmo assim, a bateria à base de água indica uma direção de pesquisa voltada a sistemas mais duráveis, não inflamáveis e com menor risco ambiental para o armazenamento de energia em larga escala.
A bateria disposta a ser promissora oferece um alto desempenho por manter o ph entre 4,5 a 7 em comparação com a água pura.
Mas, ainda não é o ponto de se comemorar, pelo fato de ser iônica por solução salina.
Com o uso de sais de magnésio, essa bateria pode ter alta densidade de armazenamento interno.
Nesse caso só seria possível com compostos como o fosfato de magnésio e sulfato de magnésio.
Sendo também possíveis com outros compostos químicos, como o fosfato de ferro ou os de s****, e também os de magnésio, manganes e de prata.
Oque vale nesses protótipos de bateria são a dispersão iônica em solução líquida.
Que fornece ions livres muito estáveis e com alta valência de doação de eletrons.
Mas, se engana pensar que são extremamente estáveis.
Essas bateria esquentao muito e evapora a água da solução aquosa.
Também pode ocorrer pequenas eletrólise da água nesse tipo de bateria, formando gas hidrogênio e oxigênio.
Mas, seria muito pouco por não conter eletrodomésticos metálicos diretamente na solução eletroquímica aquosa.
E sim, uma eficácia por conter eletrodos de polímero plástico orgânico condutivo.
E o uso do cálcio ou o de grafite, garantem uma carga mais duradoura, e de vários ciclos de recarga.
Ainda assim aparenta ser promissora, mas tem que passar por testes de stress e como o calor vai atuar na composição do líquido iônico.Pois com o tempo está bateria causaria uma decantacao acumulativa de depósitos de sulfatos de magnésio ao fundo da bateria.
E isso diminui os ciclos de carga porque a solução ficará com porções menos concentradas no líquido.
O objetivo não é criticar e julgar esse protótipo de bateria.
Mas, especificar quais os sintomas que essa bateria deveria apresentar se for feita a base de água.