Cientistas descobrem acidentalmente tecnologia que triplicará a capacidade das baterias de lítio

Experimentos com um cátodo contendo enxofre para uma bateria de lítio acidentalmente levaram a uma descoberta inesperada. Os cientistas acidentalmente conseguiram uma estabilização permanente do estado do γ-enxofre monoclínico (gama-enxofre) à temperatura ambiente, o que não havia acontecido antes. Isso dá esperança para o desenvolvimento de baterias de lítio-enxofre com capacidade três vezes maior que as baterias de lítio atuais.

Fonte da imagem: Nature Communications Chemistry

Indústrias de carros elétricos a smartphones precisam de baterias novas e de maior capacidade, sem as quais o progresso será difícil. Uma das versões promissoras de novos tipos de baterias são as células de lítio-enxofre, que teoricamente podem armazenar até três vezes mais energia do que as modernas baterias de íons de lítio. Há apenas um grande problema ao longo do caminho – as células de lítio-enxofre perdem capacidade muito, muito rapidamente a cada ciclo de carga: até 78% durante cada ciclo.

As tentativas de cientistas da Universidade Drexel, na Filadélfia, de desenvolver um cátodo estável usando enxofre para uma bateria de lítio revelaram uma característica inesperada. No decorrer do trabalho com materiais catódicos, os cientistas conseguiram criar uma forma estável de γ-enxofre. Este é um dos dois estados cristalinos estáveis ​​do enxofre – o chamado monoclínico, mas passa para outra fase estável (rômbica) quando resfriado abaixo de 95°C.

«Ao longo do século passado, apenas alguns estudos foram realizados, durante os quais a forma monoclínica de γ-enxofre foi obtida e permaneceu estável por não mais que 20 a 30 minutos. Mas criamos em um cátodo que passou por milhares de ciclos de carga-descarga sem degradar o desempenho, e um ano depois nosso estudo mostrou que a fase química permaneceu a mesma”, disse Rahul Pai, um dos autores do estudo. O trabalho foi publicado na Nature Communications Chemistry e está disponível gratuitamente aqui.

Após 4.000 ciclos de carga-descarga por um ano, o que equivale a 10 anos de uso regular, o cátodo de enxofre permaneceu estável e não se degradou. Como previsto, a capacidade da bateria era mais de três vezes maior que a de uma célula de íons de lítio. Os cientistas estão entusiasmados e tentam entender exatamente o mecanismo do processo para, eventualmente, comercializar a tecnologia.