Baterias de lítio-enxofre: As baterias do futuro

A tecnologia da bateria está se tornando cada vez mais importante nos tempos modernos. Não apenas usamos baterias em dispositivos comuns, como telefones e notebooks, mas também são usadas para armazenamento de energia em larga escala, para apoiar a geração de energia renovável. Além disso, o carro elétrico está ficando mais popular a cada dia. Um salto inovador na tecnologia de baterias pode, portanto, ser um grande negócio.

As baterias de íon de lítio mudaram o mundo. Sem a capacidade de armazenar quantidades significativas de energia em um formato portátil e recarregável, não teríamos smartphones ou outros dispositivos eletrônicos pessoais. Os pioneiros da tecnologia receberam o  Prêmio Nobel de Química de 2019 .

Mas, à medida que a sociedade se afasta dos combustíveis fósseis, precisaremos de novas tecnologias mais radicais para armazenar energia para apoiar a geração de eletricidade renovável, veículos elétricos e outras necessidades.

Uma dessas tecnologias poderia ser as baterias de lítio-enxofre: as baterias do futuro armazenam consideravelmente mais energia que seus primos de íon-lítio. Além disso, eles podem ser fabricados com materiais baratos que estão prontamente disponíveis em todo o mundo.

O que há de tão bom no enxofre?

As baterias de íon de lítio requerem minerais mais raros como níquel e cobalto para produzir seus eletrodos positivos. A oferta desses metais é limitada. Os preços estão subindo e sua mineração geralmente apresenta grandes custos sociais e ambientais.

Por outro lado, o material para as baterias do futuro (enxofre) é relativamente comum e barato. O enxofre é o 16º elemento mais abundante da Terra e as mineradoras produzem cerca de 70 milhões de toneladas a cada ano. Isso o torna um ingrediente ideal para baterias, se quisermos que elas sejam amplamente usadas.

Além disso, as baterias de lítio-enxofre dependem de um tipo diferente de reação química, o que significa que sua capacidade de armazenar energia (conhecida como “capacidade específica”) é muito maior do que a das baterias de íons de lítio.

 

Grande capacidade proporciona grande estresse

Em uma bateria de lítio-enxofre, a energia é armazenada quando íons de lítio com carga positiva são absorvidos por um eletrodo feito de partículas de enxofre em uma matriz de carbono, mantida junto com um aglutinante de polímero. A alta capacidade de armazenamento significa que o eletrodo aumenta quase o dobro de tamanho quando totalmente carregado.

O ciclo de dilatação e encolhimento à medida que a bateria é carregada e descarregada leva a uma perda progressiva da coesão das partículas e à distorção permanente da matriz de carbono e do aglutinante de polímero.

A matriz de carbono é um componente vital da bateria que entrega elétrons ao enxofre isolante, e o polímero cola o enxofre e o carbono juntos. Quando distorcidas, os caminhos para os elétrons se moverem pelo eletrodo (efetivamente a fiação elétrica) são destruídos e o desempenho da bateria diminui muito rapidamente.

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Um pouco de espaço para as partículas se esticarem

A maneira convencional de produzir baterias, cria uma rede densa e contínua de aglutinante em toda a parte do eletrodo, o que não deixa muito espaço livre para o movimento.

O método convencional funciona para baterias de íon-lítio, mas para as baterias do futuro, com enxofre, foi desenvolvido uma nova técnica. Para garantir que as baterias fossem fáceis e baratas de fabricar, utilizou-se o mesmo material que um aglutinante, mas processado de forma diferente. O resultado é uma rede de aglutinante semelhante à rede que mantém as partículas unidas, mas também deixa bastante espaço para a expansão do material.

Esses eletrodos tolerantes à expansão podem acomodar eficientemente tensões de ciclagem, permitindo que as partículas de enxofre atinjam sua capacidade total de armazenamento de energia.

Com isso, espera-se ter um produto comercial esteja pronto nos próximos 2 a 4 anos, visto que a necessidade de melhores fontes de armazenamento de energia duradouras, são cada vez maiores.

 

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