A melhor combinação de materiais para uma nova geração de cátodos de bateria foi descoberta nos EUA

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts estão confiantes de que o futuro das baterias está nos compostos de manganês, o que as tornará mais baratas e mais espaçosas. Para provar isso, os pesquisadores criaram um material catódico rico em mineral que é 30 vezes mais barato que o cobalto. Mas não se trata apenas do preço. Potencialmente, os cátodos com alto teor de manganês proporcionarão maior densidade de armazenamento de energia e uma série de outros benefícios.

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Em seu trabalho em eletrodos de bateria mais avançados, os pesquisadores estudaram os chamados materiais de sal-gema desordenados (DRX). Este não é o sal-gema, também chamado de sal de cozinha. Normalmente, os DRX são óxidos, como o óxido de lítio, mas não necessariamente. Os cientistas já confirmaram o potencial invulgarmente elevado dos materiais DRX para o fabrico de ânodos e cátodos de baterias. Mas eles descobriram uma desvantagem significativa – um baixo nível de ciclismo. Eles se esgotaram rapidamente – tornaram-se inutilizáveis ​​​​como dispositivos de armazenamento e condutores de íons.

«Em materiais catódicos, normalmente há uma compensação entre densidade de energia e estabilidade do ciclo… e neste trabalho, pretendemos ir além, desenvolvendo uma nova química catódica”, explicam os inventores. “A família de materiais (introduzida) tem alta densidade de energia e boa estabilidade de ciclagem porque usa dois tipos principais de materiais catódicos – sal-gema e olivina polianiônica – por isso tem os benefícios de ambos.”

Em outras palavras, os cientistas selecionaram uma proporção de DRX e poliânions (esta é uma grande variedade de compostos com excesso de grupos carregados negativamente) que manteriam uma alta densidade de energia e a possibilidade de múltiplas trocas de carga. Um certo problema era a alta mobilidade do oxigênio no cátodo ao carregar baterias com alta tensão – outro destaque das novas baterias, mas foi resolvido com a introdução de uma substância ligante de oxigênio – o fósforo.

Idealmente, eletrodos baseados em materiais DRX podem fornecer até 350 mAh/g, enquanto os cátodos tradicionais fornecem densidades de armazenamento de energia não superiores a 200 mAh/g. A adição de poliânions garantirá sua estabilidade para diversos ciclos de carga e descarga, e o uso de manganês em vez de níquel e, principalmente, cobalto barateará a produção de baterias. Mas tudo isso está no futuro. Ainda há muito trabalho de pesquisa a ser feito antes que a produção comercial de eletrodos a partir de materiais DRX se torne uma realidade.