Desde smartphones até os automóveis, as baterias de íons de lítio são o modelo de armazenamento de energia mais utilizado por oferecer maior vida útil em relação à ultrapassada bateria de níquel-cádmio, mas esse título pode ser tomado por uma nova tecnologia.

Após o surgimento de baterias de grafeno, cientistas da Universidade de Washington desenvolveram uma bateria de íons de sódio estável que demonstrou maior eficiência com a remoção de uma característica vital para as baterias tradicionais — o ânodo.

As baterias de íons de lítio possuem dois eletrodos, denominados "ânodo" e "cátodo" — o primeiro é responsável pelo processo físico de redução (adquire elétrons); no segundo, ocorre o processo de oxidação (perde elétrons). Os íons de lítio, isto é, átomos de lítio eletricamente carregados estocados nos eletrodos, fluem através de um líquido condutor denominado "eletrólito".

Ao fluírem através do líquido, os íons de lítio perdem seus elétrons, que são passados para o dispositivo a qual a bateria alimenta. O processo de carregamento faz o processo citado de forma inversa — os átomos de lítio recuperam elétrons e fluem do cátodo para o ânodo.

Peng Bai, professor do Departamento de Engenharia Química, Ambiental e Energética adotou um conceito físico e químico que dispensa o uso desses ânodos. Teoricamente, uma bateria sem o eletrodo seria instável e rapidamente degradável, causando curto-circuito no dispositivo.

Em partes, isso ocorre devido ao fato de metais alcalinos reagirem quimicamente com a água, fazendo com que o material apresentasse as irregularidades morfológicas observadas no vídeo abaixo, capturado pelos especialistas em fase de experimento.

O crescimento irregular do metal de sódio denotava uma bateria autodestrutiva nas fases iniciais do experimento.

Contudo, na bateria projetada pelos cientistas, bastou que uma fina camada de cobre fosse utilizada no lugar do ânodo como coletor de corrente, configurando em uma pilha sem o eletrodo ativo. Primeiro, os íons se instalam na folha de cobre, então se dissolvem quando voltam ao cátodo.

Em vez de fluir para um ânodo onde ficam armazenados até voltar para o cátodo, os íons são transformados em um metal. Outra solução necessária foi reduzir drasticamente a quantidade de água na bateria a 10 partes por milhão. O resultado foi o crescimento de um metal mais uniforme e funcional, conforme observado no vídeo abaixo.

O crescimento suave do metal de sódio comprova a qualidade superior do material para fabricação de baterias.

As baterias de íons de lítio são incrivelmente caras, representando uma significante porcentagem no valor dos dispositivos aos quais são integradas. O sódio, por sua vez, é um material muito mais abundante e barato, possibilitando a redução de preços em artigos tecnológicos no futuro.

Um quarto do custo desses itens vem da bateria. As baterias de sódio usam um metal mais comum do que as baterias de lítio; eles têm a mesma densidade energética que as baterias de lítio; e são menores e mais baratos que as baterias de lítio, graças à eliminação do ânodo.

Peng Bai
Professor na Universidade de Washington

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