Baterias de iões de sódio recentemente desenvolvidas poderão oferecer velocidades de carregamento muito mais rápidas, maior densidade energética e melhorias em termos de segurança em comparação com as baterias convencionais de iões de lítio – afirmam os cientistas.
Utilizando baterias de iões de sódiouma alternativa às baterias de iões de lítio presentes na maioria dos dispositivos atuais, investigadores da Universidade de Ciência de Tóquio usaram um novo eletrólito à base de carbono para melhorar a densidade energética e as velocidades de carregamento das baterias.
Os cientistas têm vindo a investigar as baterias de iões de sódio como alternativa às baterias de iões de lítio devido à sua maior estabilidade e baixo customas vários estrangulamentos e limitações têm bloqueado o avanço da tecnologia.
Num estudo publicado em dezembro, na Ciência Químicaos cientistas propuseram-se ultrapassar os obstáculos.
Limitar os riscos das baterias de iões de lítio
Todas as baterias têm um ânodo e um cátodo – os dois elétrodos que determinam a forma como a corrente entra e sai do dispositivo. Nas baterias de iões de lítio, o cátodo é feito principalmente de grafite, uma vez que é um material excelente para armazenar iões de lítio para posterior descarga.
Mas as baterias de iões de sódio utilizam carbono duro (HC) — uma combinação porosa de milhares de “unidades estruturais básicas turbostrácticas” – uma estrutura cristalina complexa, que é excelente no armazenamento de iões de sódio. Trata-se, em teoria, de um material de carregamento muito rápido.
Como detalha a Ciência Vivao novo estudo, foram combinadas pequenas concentrações de HC como óxido de alumínio, um material quimicamente inativo, num elétrodo combinado. Isto permitiu que os iões fluíssem livremente para dentro das partículas de HC sem problemas “de trânsito”.
Com o problema ultrapassado, os investigadores demonstraram que os iões de sódio podiam entrar no HC a taxas semelhantes às dos iões de lítio a entrarem na grafite numa bateria de iões de lítio.
Os investigadores também descobriram que o estrangulamento de todo o processo é a taxa a que os iões preenchem os “casais” no interior do HC, sendo que “poros” descreve o processo pelo qual os iões formam aglomerados pseudo-metálicos dentro dos poros nanoscópicos ao longo da superfície do HC.
Através de uma análise cuidadosa, os investigadores descobriram que os iões de sódio requerem menos energia para formar estes aglomerados.
A descoberta indica que, nas condições certas, as baterias de iões de sódio (também designadas CISs) podem atingir taxas de carregamento mais rápidas do que as baterias de iões de lítio.
“Os resultados sugerem ainda que a inserção de sódio é menos sensível à temperaturacom base na consideração de uma energia de ativação mais baixa do que a da litiação”, disse, à Live Science, o líder do estudo, Shinichi Komabaprofessor no Departamento de Química Aplicada da Universidade de Ciência de Tóquio.
Como enaltecem os investigadores à mesma revista, os resultados poderão ajudar as baterias de iões de sódio a serem adotadas de forma mais generalizada em aplicações que exigem velocidades de carregamento ou descarga extremamente rápidas.