Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tohoku desenvolveu um protótipo de bateria de metal-cálcio (Ca) capaz de 500 ciclos de carga e descarga, uma referência para uso prático. O avanço foi relatado na revista Advanced Science em 19 de maio de 2023.
Fonte da imagem: pixabay
Com o aumento do uso de veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia em larga escala, a necessidade de explorar alternativas às baterias de íon-lítio é maior do que nunca. Uma dessas substituições são as baterias de metal à base de cálcio. Como o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre, o cálcio é amplamente disponível e barato, e tem um potencial de densidade de energia maior do que o lítio. Acredita-se também que suas propriedades ajudem a acelerar o transporte de íons e a difusão em eletrólitos e materiais catódicos, dando-lhe uma vantagem sobre outras alternativas de bateria de íons de lítio, como magnésio e zinco.
“No entanto, muitos obstáculos permanecem no caminho da exploração comercial de baterias de cálcio-metal. A falta de um eletrólito eficiente e materiais catódicos com condições satisfatórias de armazenamento celular provaram ser os principais obstáculos. Em 2021, os membros da pesquisa atual O grupo encontrou uma solução para o primeiro problema criando um novo hidrogênio (monocarborano). O eletrólito mostrou características eletroquímicas marcadamente melhoradas, como alta condutividade e alta estabilidade eletroquímica.”
Fonte da imagem: Kazuaki Kisu
«Como parte de nosso estudo em andamento, testamos o desempenho a longo prazo de uma bateria de metal à base de cálcio com um cátodo de nanopartículas de sulfeto de cobre (CuS) e um composto de carbono com um eletrólito à base de hidreto”, disse Kazuaki Kisu, professor associado da Instituto de Pesquisa de Materiais (IMR) da Universidade de Tohoku. Sendo um mineral natural, CuS tem propriedades eletroquímicas favoráveis. Sua estrutura em camadas permite armazenar vários cátions, incluindo lítio, sódio e magnésio. Sua capacidade teórica é de 560 mAh por grama, duas a três vezes maior do que os atuais materiais de cátodo de bateria de íon-lítio.
Graças a nanopartículas e um compósito com materiais de carbono, Keys e seus colegas conseguiram criar um cátodo capaz de acumular uma grande quantidade de íons de cálcio. Usando um eletrólito do tipo hidreto, eles criaram uma bateria com desempenho de ciclismo muito estável. A bateria do protótipo reterá 92% da capacidade após 500 ciclos.
O grupo está confiante de que sua descoberta ajudará no avanço da pesquisa sobre materiais catódicos para baterias à base de cálcio.