Equipe encontra grande capacidade de armazenamento em baterias à base de água

04 de abril de 2023 (Notícias do Nanowerk) Pesquisadores da Texas A&M University descobriram uma diferença de 1,000% na capacidade de armazenamento de eletrodos de bateria à base de água e sem metal. Essas baterias são diferentes das baterias de íon de lítio que contêm cobalto. O objetivo do grupo de pesquisar baterias sem metal decorre de ter um melhor controle sobre a cadeia de abastecimento nacional, uma vez que o cobalto e o lítio são terceirizados. Essa química mais segura também evitaria incêndios em baterias. A professora de engenharia química, Dra. Jodie Lutkenhaus, e o professor assistente de química, Dr. Daniel Tabor, publicaram suas descobertas sobre baterias sem lítio em Nature Materials (“O papel do eletrólito em polímeros radicais não conjugados para eletrodos de armazenamento de energia aquosos isentos de metal”). O professor de engenharia química Dr. Jodie Lutkenhaus e o professor assistente de química Dr. Daniel Tabor descobriu uma capacidade de armazenamento significativa em baterias à base de água. (Imagem: Texas A&M Engineering) “Não haveria mais incêndios nas baterias porque elas são à base de água”, disse Lutkenhaus. “No futuro, se houver previsão de escassez de materiais, o preço das baterias de íons de lítio aumentará muito. Se tivermos essa bateria alternativa, podemos recorrer a essa química, onde o fornecimento é muito mais estável porque podemos fabricá-las aqui nos Estados Unidos e os materiais para fabricá-las estão aqui.” Lutkenhaus disse que as baterias aquosas consistem em um cátodo, um eletrólito e um ânodo. Os cátodos e ânodos são polímeros que podem armazenar energia, e o eletrólito é água misturada com sais orgânicos. O eletrólito é fundamental para a condução iônica e armazenamento de energia por meio de suas interações com o eletrodo. “Se um eletrodo inchar muito durante o ciclo, ele não conseguirá conduzir os elétrons muito bem e você perderá todo o desempenho”, 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 seu artigo, polímeros radicais (eletrodos) redox-ativos e não conjugados são candidatos promissores para baterias aquosas sem metal devido à alta tensão de descarga dos polímeros e à rápida cinética redox. A reação é complexa e difícil de resolver devido à transferência simultânea de elétrons, íons e moléculas de água. “Demonstramos a natureza da reação redox examinando eletrólitos aquosos de caráter cao-/cosmotrópico variável usando microbalança eletroquímica de cristal de quartzo com monitoramento de dissipação em uma variedade de escalas de tempo”, de acordo com os pesquisadores no artigo. O grupo de pesquisa de Tabor complementou os esforços experimentais com simulação e análise computacional. As simulações forneceram insights sobre a imagem microscópica em escala molecular da estrutura e dinâmica. “Teoria e experimento muitas vezes trabalham juntos para compreender esses materiais. Uma das coisas novas que fazemos computacionalmente neste artigo é que realmente carregamos o eletrodo em vários estados de carga e vemos 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 sais, medindo exatamente a quantidade de água e sal que entra na bateria durante seu funcionamento. “Fizemos isso para explicar o que foi observado experimentalmente”, disse ele. “Agora, gostaríamos de expandir nossas simulações para sistemas futuros. Precisávamos ter confirmada a nossa teoria sobre quais são as forças que impulsionam esse tipo de injeção de água e solvente. “Com esta nova tecnologia de armazenamento de energia, este é um avanço para baterias sem lítio.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=62734.php