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Bateria de lítio-enxofre

Os cientistas do Laboratório Oak Ridge do ministério de energia americano projetaram e testaram uma bateria de lítio-enxofre com aproximadamente quatro vezes a densidade energética das baterias de íons de lítio convencionais.

A nova bateria do ORLN utiliza o elemento enxôfre, que é abundante, de baixo preço e resolve preocupações de chama. Chengdu Liang, principal autor do estudo publicado esta semana pelo ORLN em sua edição internacional Angewandte Chemie, diz que “Nosso modo de encarar é totalmente diverso do atual conceito de baterias com dois eletrodos juntados por um eletrólito líquido, como vem sendo usado nos últimos 150 a 200 anos.”

Os cientistas têm ficados excitados a respeito do potencial de baterias lítio-enxofre há décadas, mas versões em larga escala para aplicações comerciais têm se provado esquivas: os eletrólitos líquidos conduzem os íons através da bateria deixando os compostos de polissulfêto de lítio se dissolverem. Por outro lado, este mesmo processo de dissolução faz com que a bateria ‘pife’ prematuramente.

O grupo do ORNL passou por cima dessas barreiras primeiro sintetizando uma classe nunca antes vista de materiais ricos em enxofre, que conduz os íons tão bem quanto os óxidos metálicos de lítio. Eles então combinaram o novo cátodo rico em enxofre e um anodo de lítio com um material eletrólito sólido, igualmente desenvolvido no ORLN, criando uma bateria totalmente sólida e energeticamente densa.

“Esta mudança de eletrólitos líquidos em sólidos elimina o problema de dissolução de enxofre e nos permitiu tornar real a promessa de baterias lítio-enxofre. Nosso design de bateria tem real potencial de reduzir custos, aumentar a densidade energética e melhorar a segurança quando comparada com as tecnologias existentes de íons de lítio.”

O novo cátodo ionicamente condutivo permitiu à bateria do ORLN manter uma capacidade de 1200 ampères-hora (mAh) por grama após 300 ciclos de descarga a 60 graus Celsius. Em comparação, um cátodo de bateria tradicional tem uma capacidade média de 140 a 170 mAh. Porque aas baterias de lítio-enxofre têm cerca da metade da tensão das versões de íons de lítio, este aumento de oito vezes na capacidade demonstrada no cátodo da bateria traduz-se em quatro vezes a densidade gravimétrica das tecnologias de íons de lítio, explica Liang.

O projeto totalmente sólido do grupo também aumenta a segurança eliminando eletrólitos de líquido inflamável que podem reagir com o lítio. A principal entre as outras vantagens da bateria ORNL é o uso do elemento lítio metálico, um subproduto residual do processo de processamento do petróleo.

“O enxofre é praticamente grátis,” diz Liang. “Não apenas ele acumula muito mais energia do que os componentes do metal de transição utilizado nos cátodos de íons de lítio, como um dispositivo lítio-enxofre poderia ajudar a reciclar um produto residual e transformá-lo numa tecnologia útil.”

Embora a nova bateria ainda esteja em estágio de demonstração, Liang e seus colegas esperam que sua pesquisa passe rapidamente do laboratório a uma aplicação comercial. Uma patente foi requerida.

Diz Liang, “Este projeto representa uma sinergia entre a ciência e a pesquisa aplicada. Utilizamos pesquisa fundamental para compreender um fenômeno científico, identificamos o problema e depois criamos o material certo para resolver o problema, o qual levou a um invento com aplicações do mundo real.”