Bateria de lítio-oxigênio: Carros elétricos com autonomia de carros a combustão

A nova substância altera o mecanismo básico de funcionamento da bateria de lítio-ar.

[Imagem: Jinqiang Zhang et al. - 10.1126/sciadv.abm1899]

 Bateria de lítio-ar

Pesquisadores australianos anunciaram a descoberta de uma nova substância que dá um impulso histórico nas tão esperadas baterias de lítio-oxigênio (Li-O2).

Essas baterias, também conhecidas como "lítio-ar", destacam-se pela sua capacidade de armazenar muito mais energia do que as de íons de lítio atualmente existentes. Para isso, elas capturam o oxigênio atmosférico para gerar uma reação química em seu interior no ciclo de descarregamento, e liberam esse oxigênio de volta na hora do recarregamento.

Mas os protótipos têm sofrido com reações parasitas que atrapalham a liberação da energia armazenada, além de diminuírem a vida útil da bateria.

Jinqiang Zhang e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Sidnei sintetizaram uma molécula que resolve esses e outros entraves das baterias de lítio-oxigênio, virtualmente colocando-as em nível que daria a um carro elétrico a mesma autonomia que um carro a motor a combustão.

A bateria apresentou um aumento de 46 vezes na capacidade de descarga, um diferencial entre a tensão de liberação e a tensão de recarregamento de apenas 0,7 V e um ciclo de vida ultralongo, superior a 1.400 ciclos.

Gráfico mostrando o ganho de liberação de energia e micrografias mostrando o interior da bateria.

[Imagem: Jinqiang Zhang et al. - 10.1126/sciadv.abm1899]

Substância tudo-em-um

A substância desenvolvida pela equipe na verdade altera o mecanismo fundamental de funcionamento da bateria de lítio-oxigênio. O novo mecanismo de extinção/mediação baseia-se nas reações químicas diretas entre a nova substância e o radical superóxido/Li2O2.

"Nós racionalmente projetamos e sintetizamos com sucesso um supressor de radical superóxido multifuncional enxertando dois grupos funcionais redox de mediação ativa 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi (TEMPO) em um esqueleto de diimida de perileno de extinção ativa (PDI)," detalhou a equipe.

O resultado, de nome extralongo mas que atende bem pela sigla PDI-TEMPO, não apenas extingue quimicamente as espécies de superóxido geradas durante os processos de descarga e recarga, como também atua como um mediador para catalisar a formação e decomposição de Li2O2 na solução eletrolítica e diminuir as diferenças de potencial entre a carga e a descarga.

"A capacidade da próxima geração das baterias de lítio-oxigênio de estender a autonomia entre as cargas seria um salto significativo para a indústria de veículos elétricos. Estamos confiantes de que nossa molécula tudo-em-um pode melhorar drasticamente o desempenho das baterias de lítio-oxigênio e permitir que as baterias de lítio-oxigênio de nova geração sejam práticas," disse o professor Guoxiu Wang, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Artigo: A long-life lithium-oxygen battery via a molecular quenching/mediating mechanism

Autores: Jinqiang Zhang, Yufei Zhao, Bing Sun, Yuan Xie, Anastasia Tkacheva, Feilong Qiu, Ping He, Haoshen Zhou, Kang Yan, Xin Guo, Shijian Wang, Andrew M. McDonagh, Zhangquan Peng, Jun Lu, Guoxiu Wang

Revista: Science Advances

Vol.: 8, Issue 3

DOI: 10.1126/sciadv.abm1899

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