Cientistas da China criaram uma bateria de íons fundamentalmente nova: ela é seis vezes mais espaçosa que as baterias de lítio.

Cientistas chineses anunciaram um avanço no desenvolvimento de baterias químicas, apresentando o primeiro protótipo funcional de uma bateria alimentada por íons de hidreto — íons de hidrogênio com carga negativa. As baterias de lítio utilizam íons de lítio com carga positiva, enquanto partículas com carga negativa apresentam comportamento muito mais agressivo em eletrólitos. “São baterias completamente diferentes”, declararam os desenvolvedores.

Fonte da imagem: Universidade de Jilin

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Jilin, do Instituto de Física Química de Dalian da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e do Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai anunciou a descoberta em um artigo publicado na revista Nature. A bateria de íons de hidreto demonstrou a primeira operação em temperatura ambiente, marcando um avanço para materiais de hidreto.

Íons de hidreto são formados quando um átomo de hidrogênio captura um elétron adicional, tornando esses transportadores mais energéticos, química e eletricamente ativos do que os íons de lítio. Isso permite processos eletroquímicos “fundamentalmente diferentes”, demonstrando armazenamento e liberação eficientes de energia sem o uso de eletrólitos líquidos, o que, por sua vez, minimiza o risco de vazamentos e incêndios.

Curiosamente, o novo material eletrolítico para retenção de íons de hidrogênio foi descoberto durante a busca por dispositivos de armazenamento de hidrogênio para sistemas de combustível de hidrogênio. Todos os materiais de hidreto desenvolvidos anteriormente não apresentavam estabilidade de retenção de íons em baixas temperaturas (aproximadamente a temperatura ambiente), exibindo suas propriedades apenas em altas temperaturas. Os cientistas conseguiram superar essa limitação descobrindo as propriedades desejadas no elemento de terra rara cério.

O elemento-chave da nova bateria foi, portanto, um eletrólito composto à base de hidreto de cério (CeH₃) revestido com uma camada de hidreto de bário (BaH₂). Este material, sintetizado pela primeira vez e até então inédito na literatura, combina altaCondutividade de íons hidreto à temperatura ambiente com excelente estabilidade térmica e eletroquímica.

O cério, como um dos metais de terras raras mais comuns (embora ainda não explorado em larga escala devido ao alto custo do processo), torna a tecnologia economicamente promissora, visto que suas reservas na crosta terrestre excedem as de cobre e chumbo. O ânodo da bateria é feito de hidreto de cério e o cátodo é feito de hidreto de alumínio e sódio (NaAlH₄), garantindo a compatibilidade dos componentes e evitando reações indesejadas.

Testes experimentais confirmaram o excelente desempenho da nova bateria: a capacidade específica inicial atingiu 984 mAh/g, com potencial para atingir 1200 mAh/g, excedendo significativamente os 150–300 mAh/g das baterias típicas de íons de lítio e a capacidade teórica de 372 mAh/g de um ânodo de grafite. Após 20 ciclos de carga-descarga, a capacidade se estabilizou em 402 mAh/g, e a configuração multicamadas aumentou a tensão para 1,9 V, permitindo o acendimento do LED amarelo.

Com uma variedade de materiais de hidreto disponíveis para otimização adicional, o desenvolvimento de baterias de íons de hidreto abre amplas possibilidades para o armazenamento e a conversão de energia limpa, incluindo células de combustível e eletrolisadores. Ao contrário das baterias de lítio, que são propensas à formação de dendritos — estruturas metálicas que causam curtos-circuitos —, o uso de hidrogênio como transportador de carga elimina esses riscos e melhora a segurança. Apesar dos desafios de escala e melhoria da durabilidade, essa tecnologia tem o potencial de revolucionar os veículos elétricos.dispositivos portáteis e energia renovável, facilitando a transição para fontes de energia sustentáveis.