Baterias com ferrugem?
Esferas de carbono preenchidas com óxido de ferro proporcionam uma elevada capacidade de armazenamento
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As baterias de iões de lítio convencionais contêm substâncias problemáticas, como o níquel e o cobalto, e os solventes utilizados para revestir os materiais dos eléctrodos também são tóxicos. Os cientistas de materiais da Universidade de Saarland estão, por isso, a trabalhar no desenvolvimento de alternativas amigas do ambiente. Ao introduzir óxido de ferro finamente disperso em minúsculas esferas ocas de carbono, altamente porosas, desenvolvidas pelo Professor Michael Elsaesser da Universidade de Salzburgo, a equipa de Saarbrücken obteve resultados muito promissores. A equipa de Saarbrücken obteve resultados muito promissores: capacidades de armazenamento mais elevadas utilizando materiais facilmente disponíveis e muito menos problemáticos do ponto de vista ambiental. Os resultados foram agora publicados na revista Chemistry of Materials.
Qualquer pessoa que já tenha estado em Salzburgo, na Áustria, conhece os Mozartkugeln - as famosas bolas de maçapão e nougat cobertas de chocolate. E os Mozartkugeln são uma forma simples de imaginar as esferas ocas de carbono que foram desenvolvidas por investigadores da Universidade de Salzburgo e que estão agora a ser utilizadas na Universidade de Saarland para fazer avançar a tecnologia das baterias de iões de lítio. Conhecidos como esferogéis de carbono, estes novos materiais são unidades de dimensão nanométrica com cerca de 250 nm de diâmetro que oferecem uma grande área de superfície e uma elevada capacidade eletroquímica. Para nós, o desafio consiste em utilizar a síntese química para preencher a cavidade no interior destas esferas com óxidos metálicos adequados", explica Stefanie Arnold, cientista de materiais. Depois de um conjunto de experiências iniciais com dióxido de titânio, cuja capacidade de armazenar e libertar iões de lítio era relativamente baixa, a equipa voltou a sua atenção para o óxido de ferro, que a maioria de nós designa vulgarmente por ferrugem.
O ferro tem uma série de vantagens: é abundante em todo o mundo, oferece - pelo menos em teoria - uma elevada capacidade de armazenamento e é fácil de reciclar", afirma Stefanie Arnold, investigadora de pós-doutoramento na Universidade de Saarland, que trabalha com o Professor Volker Presser, Professor de Materiais Energéticos. Utilizando uma metodologia de síntese escalável baseada no lactato de ferro, a equipa de Salzburgo conseguiu integrar diferentes quantidades de ferro na estrutura de carbono das esferas ocas, produzindo redes porosas robustas com nanopartículas de ferro distribuídas uniformemente. O que foi particularmente interessante foi o facto de a capacidade de armazenamento (ou seja, a quantidade de carga eléctrica que pode ser armazenada e libertada de forma reversível por grama de material do elétrodo ativo) ter continuado a aumentar durante a utilização da bateria. Quanto mais tempo a bateria era utilizada, melhor era o seu desempenho. Isto deve-se ao facto de o ferro metálico elementar contido nas nanopartículas ter de reagir primeiro com o oxigénio para formar óxido de ferro. Este processo de ativação eletroquímica do ferro incorporado na matriz de esferogel de carbono não é imediato, mas ocorre progressivamente. São necessários cerca de 300 ciclos de carga-descarga até que todas as cavidades das esferas de carbono estejam cheias de óxido de ferro e se atinja a capacidade máxima de armazenamento", explica Arnold.
As "baterias à base de ferrugem" são ainda um trabalho em curso
No entanto, ainda é necessária mais investigação para que este mecanismo possa ser utilizado à escala industrial. O processo de ativação tem de ser mais rápido para que as baterias possam atingir a sua capacidade máxima de armazenamento mais cedo. Além disso, os esferogéis de carbono preenchidos com óxido de ferro são atualmente utilizados como ânodo da bateria; é ainda necessário desenvolver um cátodo adequado para obter uma célula completa. Estamos confiantes de que a nossa abordagem facilitará o desenvolvimento de sistemas de armazenamento tampão amigos do ambiente para energias renováveis", afirma Volker Presser, que também dirige o Departamento de Investigação de Materiais Energéticos no INM - Instituto Leibniz para Novos Materiais em Saarbrücken. O novo material também será testado em baterias de iões de sódio, que os fabricantes de automóveis chineses já estão a utilizar. Estes materiais formam uma plataforma tecnológica versátil que permite a integração in situ de uma grande variedade de outras substâncias nos esferogéis numa única etapa de síntese, abrindo oportunidades para uma vasta gama de aplicações tecnológicas", acrescenta Michael Elsässer.
Desenvolvimento de novos métodos de reciclagem e de um aprovisionamento energético amigo do ambiente
No âmbito do projeto "EnFoSaar", Stefanie Arnold está também a investigar a forma como o lítio pode ser recuperado das baterias e como as futuras baterias devem ser concebidas de modo a poderem ser desmontadas à escala industrial. Precisamos de métodos de reciclagem eficientes e de sistemas de materiais em circuito fechado para minimizar o consumo de recursos e reduzir os resíduos na cadeia de abastecimento das baterias", afirma Stefanie Arnold. O EnFoSaar é um grande projeto que está a ser financiado pelo governo do Estado do Sarre com 23 milhões de euros do Fundo de Transformação do Sarre. O seu objetivo é desenvolver abordagens inovadoras para um fornecimento de energia respeitador do clima e impulsionar a transformação da indústria energética do Sarre e do panorama de investigação associado, através do desenvolvimento de metodologias inovadoras, cientificamente sólidas e exequíveis na prática.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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