Esta imagem ampliada mostra o alumínio depositado nas fibras de carbono em um eletrodo da bateria. A ligação química torna o eletrodo mais espesso e sua cinética mais rápida, resultando em uma bateria recarregável que é mais segura, mais barata e mais sustentável do que as baterias de íons de lítio.
[Imagem: Jingxu Zheng et al. - 10.1038/s41560-021-00797-7]
Ciclos de carga e descarga
Existe um "número mágico" no campo das baterias que estabelece que é necessário que uma bateria suporte 1.000 ciclos de carga e descarga para que ela seja comercialmente viável.
É claro que existem no mercado muitas baterias de baixa qualidade, que não chegam nem perto disso, mas uma vida útil de 1.000 ciclos é a qualidade mínima exigida para que marcas reconhecidas se decidam a colocar seu logo sobre um produto.
Brevemente, no entanto, toda essa discussão deverá ser feita em um outro patamar, uma vez que Jingxu Zheng e seus colegas da Universidade de Cornell, nos EUA, fizeram uma verdadeira mágica nesse número mágico.
Zheng construiu uma bateria à base de alumínio e zinco que alcançou 10.000 ciclos de carga e descarga sem perder capacidade.
Esse novo tipo de bateria pode ser uma alternativa mais segura e mais ecologicamente correta às baterias de íons de lítio, que atualmente dominam o mercado.
Bateria de alumínio
Entre as vantagens de usar o alumínio para fabricar baterias está o fato de que ele é um elemento muito mais abundante na crosta terrestre do que o lítio, o que o torna mais barato.
E, sendo trivalente e leve, ele tem capacidade de armazenar mais energia do que muitos outros metais.
No entanto, tem-se mostrado difícil integrar o alumínio nos eletrodos das baterias porque ele reage quimicamente com o separador de fibra de vidro, que divide fisicamente os polos positivo e negativo, fazendo com que a bateria entre em curto-circuito e pife.
A solução encontrada por Zheng foi projetar um substrato de fibras de carbono entrelaçadas que formam uma ligação química ainda mais forte com o alumínio. Quando a bateria é carregada, o alumínio é depositado na estrutura de carbono por meio de ligações covalentes muito fortes, com um compartilhamento de pares de elétrons entre os átomos de alumínio e os átomos de carbono.
Enquanto os eletrodos das baterias recarregáveis convencionais são apenas bidimensionais, esta técnica usa uma arquitetura tridimensional - ou não-planar - e cria uma camada de alumínio mais consistente e mais profunda, que pode ser controlada com precisão, segundo os pesquisadores.
Os protótipos de baterias com o anodo de alumínio construídos pela equipe puderam ser carregadas e descarregadas - em condições práticas - mais de dez vezes mais do que outras baterias similares.
