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Eletrodos de vidro

Pesquisadores procuram novos materiais com maior densidade energética e mais capacidade de carga, acumuladores que armazenem sobras de energia entregues por turbinas de vento ou células solares.

eletrodo2O Dr. Semih Afyon, cientista do Electrochemical Materials Institute, EMI, instituto de materiais eletroquímicos, diz diretamente que “O que precisamos é uma nova química e novos compostos para obtermos baterias seguras, melhores e mais duráveis.”

Os pesquisadores Afyon e Reinhard Nesper, professor emérito de química, acabam de fazer uma descoberta interessantíssima depois de tantos anos de pesquisas, um material que poderá dobrar a capacidade das baterias: vidro borato de vanadato como material de cátodo. O material é composto de óxido de vanádio, metal de transição para atingir vários estados de oxidação. Em sua forma cristalina o pentóxido de vanádio pode ter três íons de lítio positivamente carregados, três vezes mais do que os materiais atualmente utilizados nos cátodos.

O pentóxido de vanádio cristalino, porém, não pode liberar todos os íons de lítio inseridos e permite apenas alguns poucos ciclos de carga/descarga. Quando os íons de lítio penetram a treliça cristalina durante o processo de carga, a treliça se expande, as partículas aumentam de volume e acabam ‘desinchando’ quando as cargas as deixam. Esse processo pode levar a instabilidades no material do eletrodo em termos de mudanças estruturais e perdas de contato.

Os pesquisadores tiveram de achar uma maneira de manter a estrutura do material inicial e maximizar sua capacidade de ‘aceitar’ as cargas – e daí veio a idéia de usar vanádio como um vidro em vez de como um cristal. No vidro, um material dito ‘amorfo’, os átomos não se arranjam em forma de treliça, como fazem quando estão em estado cristalino. Ao contrário, os átomos ficam como num estado louco.

eletrodo1Para produzir o material do cátodo, Afyon e seus colegas misturaram pentóxido de vanádio em pó com compostos de borato. O pesquisador diz que o borato é formador de vidro e por isso o usaram, resultando em um composto totalmente novo, nem V205 nem LiBO2. Os cientistas o derreteram a 900°C e o esfriaram o mais rapidamente possível, para formar vidro. As folhas finas como de papel foram então esmagadas em pó antes de uso, aumentando sua área de superfície e ampliando o espaço para os poros.

Diz Afyon, “Uma grande vantagem do vidro vanádio-borato é que ele é simples e barato para manufatura.” Isso deverá aumentar as chances de encontrar uma aplicação industrial.

Para produzir um eletrodo eficiente, o pesquisador cobriu o pó de vanádio-borato com óxido de grafite reduzido (RGO), aumentando a condutividade e ao mesmo tempo protegendo as partículas do eletrodo. Mas não impede que os elétrons e íons de lítio sejam transportados através dos eletrodos.

Afyon usou o pó de vidro para os cátodos de bateria, que foram então colocados em protótipos de baterias de células
pagas com moedas para poderem passar por numerosos ciclos de carga/descarga.

Uma bateria com eletrodos de vidro revestidos de RGO, a capacidade se manteve estável a altas razões de carga/descarga mesmo após 100 ciclos. Esta mesma bateria exibiu uma densidade energética de cerca de 1000 watt-horas por quilo de peso e atingiu uma capacidade de descarga bem acima de 300 mAh/g.

“Energia suficiente para acionar um celular de 1,5 a 2 vezes mais tempo do que uma bateria de íons de lítio,” diz Afyon. Teoricamente, um carro elétrico com alcance uma vez e meia maior do que o comum.

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José Luiz Vieira, Diretor, engenheiro automotivo e jornalista. Foi editor do caderno de veículos do jornal O Estado de S. Paulo; dirigiu durante oito anos a revista Motor3, atuou como consultor de empresas como a Translor e Scania. É editor do site: www.techtalk.com.br e www.classiccars.com.br; diretor de redação da revista Carga & Transporte.

Fonte: José Luiz Vieira, foto divulgação

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