Bateria de zinco-iodo com excelente estabilidade já é uma realidade
Investigadores da Universidade de Adelaide desenvolveram um novo elétrodo seco para baterias aquosas que proporciona cátodos com mais do dobro do desempenho das baterias de iodo e de iões de lítio.
"Desenvolvemos uma nova técnica de elétrodo para baterias de zinco-iodo que evita a tradicional mistura húmida de iodo", afirmou o Professor Shizhang Qiao, da Universidade de Adelaide, Presidente de Nanotecnologia e Diretor do Centro de Materiais em Energia e Catálise da Escola de Engenharia Química, que liderou a equipa.
"Misturámos materiais activos como pós secos e enrolámo-los em eléctrodos espessos e autoportantes.
"Ao mesmo tempo, adicionámos uma pequena quantidade de um químico simples, chamado 1,3,5-trioxano, ao eletrólito, que se transforma numa película protetora flexível na superfície do zinco durante o carregamento.
"Esta película impede que o zinco forme dendritos afiados - estruturas semelhantes a agulhas que se podem formar na superfície do ânodo de zinco durante o carregamento e o descarregamento - que podem provocar um curto-circuito na bateria."
As baterias aquosas de zinco-iodo oferecem segurança, sustentabilidade e vantagens de custo incomparáveis para o armazenamento à escala da rede, mas sofrem de problemas de desempenho em comparação com as baterias de iões de lítio.
A equipa publicou os seus resultados na revista Joule.
"A nova técnica de preparação de eléctrodos resultou num carregamento recorde de 100 mg de material ativo por cm2", afirmou Han Wu, da Universidade de Adelaide, investigador associado da Escola de Engenharia Química, da equipa que trabalhou no estudo.
"Depois de carregar as células de bolsa que fabricámos e que utilizam os novos eléctrodos, estas mantiveram 88,6% da sua capacidade após 750 ciclos e as células de moeda mantiveram quase 99,8% da capacidade após 500 ciclos.
"Observámos diretamente como a película protetora se forma no zinco, utilizando medições de infravermelhos de sincrotrão".
Uma carga elevada de iodo e uma interface robusta de zinco significam que é possível armazenar muito mais energia em cada bateria com um peso e um custo mais baixos. Isto poderá aproximar as baterias de zinco-iodo da utilização real para armazenamento em grande escala ou na rede.
A invenção da equipa tem várias vantagens em relação à tecnologia de baterias existente:
- Maior capacidade: os eléctrodos secos contêm mais material ativo do que os eléctrodos húmidos, que normalmente atingem valores inferiores a 2 mA h cm-2.
- Menor auto-descarga e perda de vaivém: os eléctrodos densos e secos reduzem a fuga de iodo para o eletrólito e a degradação do desempenho.
- Melhor estabilidade do zinco: a película protetora in situ evita o crescimento de dendrite, proporcionando um ciclo de vida muito mais longo.
"A nova tecnologia beneficiará os fornecedores de armazenamento de energia - especialmente para a integração de energias renováveis e o equilíbrio da rede - que obterão baterias mais baratas, seguras e duradouras", afirmou o Professor Qiao.
"As indústrias que necessitam de bancos de energia grandes e estáveis, por exemplo, os serviços públicos e as micro-redes, poderão adotar esta tecnologia mais cedo."
A equipa tem planos para desenvolver ainda mais a tecnologia para expandir as suas capacidades.
"A produção dos eléctrodos pode ser aumentada recorrendo ao fabrico de bobinas para bobinas", afirmou o Professor Qiao.
"Optimizando os colectores de corrente mais leves e reduzindo o excesso de eletrólito, a densidade energética global do sistema pode ser duplicada de cerca de 45 watts-hora por quilograma (Wh kg-1) para cerca de 90 Wh kg-1.
"Iremos também testar o desempenho de outros produtos químicos de halogéneo, como os sistemas de bromo, utilizando a mesma abordagem de processo seco."
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