Cientistas criam bateria de lítio extensível que é segura para dobrar, cortar e perfurar

Uma equipe de cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley (UC Berkeley) fez progressos na criação de uma bateria de lítio segura. As baterias de lítio atuais correm o risco de pegar fogo se danificadas, um problema que o novo desenvolvimento não representa. Além disso, a bateria criada pelos pesquisadores pode esticar, dobrar e até mesmo ser parcialmente destruída sem consequências — fazendo tudo o que é necessário para o desenvolvimento da robótica.

Fonte da imagem: UC Berkeley

Desenvolvimentos anteriores nesta área não podiam se orgulhar de uma longa vida útil e um grande número de ciclos de carga. A bateria Berkeley superou essas e outras limitações, demonstrando em um protótipo a capacidade de suportar pelo menos 500 ciclos de carga. As baterias modernas de íons de lítio produzidas em massa prometem suportar aproximadamente o mesmo número de ciclos.

No processo de criação de uma bateria resistente a impactos físicos severos, os pesquisadores resolveram dois problemas principais. Primeiro, a bateria precisava estar livre de materiais tóxicos. Em segundo lugar, a estrutura do eletrólito tinha que ser capaz de manter sua forma por si só – se esta definição for apropriada para um eletrólito na forma de “gelatina”. Os cientistas realizaram ambas as tarefas, embora nem tudo tenha funcionado perfeitamente.

«Baterias modernas exigem um invólucro rígido porque o eletrólito usado nelas é explosivo. Queríamos criar uma bateria que pudesse ser usada com segurança, sem embalagem rígida, explicam os cientistas. — Infelizmente, embalagens flexíveis feitas de polímeros ou outros materiais elásticos podem facilmente permitir a passagem de ar ou água, o que reagirá com eletrólitos padrão, gerando muito calor e potencialmente causando incêndios e explosões. É por isso que em 2017 começamos a experimentar eletrólitos de hidrogel quase sólidos.”

Como não havia uma solução pronta, os pesquisadores testaram muitos compostos antes de conseguirem a formação de ligações moleculares confiáveis ​​no eletrólito, mantendo a condutividade iônica aceitável. Em particular, foi possível aumentar a tensão operacional da bateria para 3 V e até um pouco mais, enquanto que anteriormente os eletrólitos de hidrogel quase sólidos limitavam esse indicador a um nível de cerca de 1,2 V, o que é insuficiente para uso prático.

O novo eletrólito é baseado nos chamados polímeros zwitteriônicos – uma classe de macromoléculas que contêm grupos carregados positiva e negativamente nas cadeias principais ou laterais. Essas cargas estão localizadas próximas umas das outras e frequentemente se neutralizam, formando moléculas com neutralidade elétrica geral. Nas baterias, esse polímero usa seu “lado positivo” para se ligar às moléculas de água e sua carga negativa para atrair íons de lítio.

Experimentos mostraram que a bateria de hidrogel de casca mole absorveu apenas 19% da umidade do ar a 50% de umidade. Isso permitiu que a bateria operasse a uma voltagem de 3,1 V. Duas desvantagens notáveis ​​da nova bateria eram uma perda mais rápida de capacidade – até 60% do nível inicial após 500 ciclos de carga (enquanto as baterias modernas perdem não mais que 20%), bem como uma baixa densidade de energia armazenada, chegando a apenas cerca de 10% do nível das baterias modernas.

Mas a nova bateria macia em embalagem de polímero flexível pode ser dobrada, torcida, perfurada e até cortada sem consequências. Ele até se recuperou de cortes — embora isso exigisse que ele fosse assado no forno. Os cientistas estão confiantes de que as propriedades recém-adquiridas ajudarão a criar eletrônicos mais seguros – da robótica aos dispositivos vestíveis. Além disso, as características da bateria ainda podem ser melhoradas. É apenas uma questão de tempo e de mais pesquisas científicas.