Cientistas inventam um novo tipo de bateria

Por Universidade de Tecnologia de Viena, 15 de maio de 2023

Um protótipo da bateria na TU Wien. Crédito: TU Wien

Pesquisadores da TU Wien (Viena) desenvolveram uma bateria de íons de oxigênio inovadora, que apresenta durabilidade excepcional, elimina a necessidade de elementos raros e resolve o problema de riscos de incêndio.

As baterias de íon-lítio, embora comuns no mundo de hoje – alimentando tudo, desde veículos elétricos a smartphones – não são necessariamente a solução ideal para todas as aplicações. Pesquisadores da TU Wien fizeram uma descoberta ao criar uma bateria de íons de oxigênio que oferece várias vantagens significativas. Embora possa não corresponder à densidade de energia das baterias de íon-lítio, sua capacidade de armazenamento não diminui irreversivelmente com o tempo, tornando-a capaz de uma vida útil excepcionalmente longa, pois pode ser regenerada.

Além disso, a fabricação de baterias de íons de oxigênio não requer elementos escassos e envolve materiais incombustíveis. O conceito inovador de bateria já deu origem a um pedido de patente, depositado em colaboração com parceiros em Espanha. Essas baterias de íons de oxigênio podem fornecer uma solução excelente para sistemas de armazenamento de energia em larga escala, como os necessários para armazenar energia elétrica de fontes renováveis.

"Temos muita experiência com materiais cerâmicos que podem ser usados ​​para células de combustível há algum tempo", diz Alexander Schmid, do Instituto de Tecnologias Químicas e Analíticas da TU Wien. "Isso nos deu a ideia de investigar se esses materiais também poderiam ser adequados para fazer uma bateria."

Os materiais cerâmicos estudados pela equipe da TU Wien podem absorver e liberar íons de oxigênio duplamente carregados negativamente. Quando uma tensão elétrica é aplicada, os íons de oxigênio migram de um material cerâmico para outro, após o que podem ser forçados a migrar novamente, gerando assim corrente elétrica.

Prof. Jürgen Fleig, Tobias Huber e Alexander Schmid (da esquerda para a direita). Crédito: TU Wien

"O princípio básico é realmente muito semelhante ao da bateria de íons de lítio", diz o Prof. Jürgen Fleig. "Mas nossos materiais têm algumas vantagens importantes." A cerâmica não é inflamável – portanto, acidentes de incêndio, que ocorrem repetidamente com baterias de íon-lítio, são praticamente descartados. Além disso, não há necessidade de elementos raros, que são caros ou só podem ser extraídos de forma prejudicial ao meio ambiente.

"Nesse aspecto, o uso de materiais cerâmicos é uma grande vantagem porque eles se adaptam muito bem", diz Tobias Huber. "Você pode substituir certos elementos difíceis de obter por outros com relativa facilidade." O protótipo da bateria ainda usa lantânio – um elemento que não é exatamente raro, mas também não é totalmente comum. Mas até o lantânio deve ser substituído por algo mais barato, e pesquisas sobre isso já estão em andamento. Cobalto ou níquel, que são usados ​​em muitas baterias, não são usados.

Mas talvez a vantagem mais importante da nova tecnologia de bateria seja sua longevidade potencial: "Em muitas baterias, você tem o problema de que, em algum ponto, os portadores de carga não podem mais se mover", diz Alexander Schmid. "Aí não dá mais para gerar eletricidade, a capacidade da bateria diminui. Depois de muitos ciclos de carga, isso pode se tornar um problema sério."

A bateria de íons de oxigênio, no entanto, pode ser regenerada sem problemas: Se o oxigênio for perdido devido a reações colaterais, a perda pode ser simplesmente compensada pelo oxigênio do ar ambiente.

O novo conceito de bateria não se destina a smartphones ou carros elétricos, porque a bateria de íons de oxigênio atinge apenas cerca de um terço da densidade de energia a que estamos acostumados com as baterias de íons de lítio e funciona em temperaturas entre 200 e 400 °C. A tecnologia é, no entanto, extremamente interessante para armazenar energia.

"Se você precisa de uma grande unidade de armazenamento de energia para armazenar temporariamente energia solar ou eólica, por exemplo, a bateria de íons de oxigênio pode ser uma excelente solução", diz Alexander Schmid. "Se você construir um edifício inteiro cheio de módulos de armazenamento de energia, a menor densidade de energia e o aumento da temperatura operacional não desempenham um papel decisivo. Mas os pontos fortes de nossa bateria seriam particularmente importantes aqui: a longa vida útil, a possibilidade de produzir grandes quantidades desses materiais sem elementos raros e o fato de não haver risco de incêndio com essas baterias."