O tema do desenvolvimento de novas baterias é percebido como cansativo e serve como motivo desnecessário para piadas, mas isso apenas porque as baterias são uma das áreas mais importantes do pensamento científico do nosso tempo, o que leva a muitas descobertas em o futuro distante e próximo. Não há apenas muitas novidades nesse sentido, mas muitas. Mas mesmo em meio a todo esse mar de descobertas, as notícias da Coreia do Sul são encorajadoras – a bateria de sódio criada lá pode ser um avanço.
Fonte da imagem: Laboratório de Simulação e Fabricação de Nano Materiais KAIST
Pesquisadores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto Avançado de Tecnologia da Coreia (KAIST) criaram uma solução híbrida usando uma bateria de íon de sódio como base. A escolha do sódio a longo prazo é óbvia – existe em grande quantidade e é uma matéria-prima barata. Os coreanos não são os primeiros a desenvolver baterias de íons de sódio. Mas foram além e tentaram combinar as melhores tecnologias de baterias de lítio e supercapacitores em novas baterias, mesclando capacidade, densidade de potência e velocidade de carregamento.
Os cientistas relataram seu novo trabalho na revista Energy Storage Materials. O título do artigo diz tudo: “Ânodo condutor dopado com sulfeto de ferro polivalente de baixa cristalinidade e cátodo de carbono grafítico poroso 3D com alto teor de N [sódio] para dispositivos de armazenamento de energia híbridos de íons de sódio de alto desempenho”.
É claro que você não pode simplesmente pegar e combinar ânodos de baterias convencionais e cátodos de supercapacitores em um novo dispositivo. É necessário alterar as propriedades dos ânodos e dos cátodos. Os primeiros têm baixa velocidade de carregamento, enquanto os últimos não possuem alta capacidade. Portanto, os cientistas seguiram o caminho da criação de eletrodos volumétricos baseados em materiais 3D porosos – as chamadas estruturas metal-orgânicas. Se houver uma moldura, você sempre poderá colocar algo de que precisa lá.
Desta forma, os pesquisadores criaram um ânodo incorporando materiais ativos finamente divididos em um carbono poroso (estrutura MO). O material resultante apresentou a maior cinética, permitindo carregamento rápido, e aproximou-se dos supercapacitores neste parâmetro. De forma semelhante, mas utilizando outros materiais, foi criado um cátodo com capacidade recorde. Assim, os cientistas parecem ter reduzido o desequilíbrio nas características entre os ânodos da bateria e os cátodos dos supercapacitores.
O protótipo de bateria híbrida de íon de sódio do laboratório superou as baterias comerciais de íon de lítio em densidade de energia (conforme mostrado no gráfico acima) e exibiu as características de densidade de potência dos supercapacitores. Espera-se que seja adequado para aplicações de carregamento rápido, desde veículos elétricos a dispositivos eletrônicos inteligentes e aplicações aeroespaciais.
Os cientistas observaram que o dispositivo híbrido de armazenamento de energia de íon de sódio, capaz de carregar rapidamente e atingir uma densidade de energia de 247 Wh/kg e uma densidade de potência de 34.748 Wh/kg, representa um avanço na superação das atuais limitações dos sistemas de armazenamento de energia, e isso é realmente impressionante.