Novo catalisador permite que as baterias de zinco-ar sejam recarregadas até 500 vezes
O novo material poderá permitir a produção de baterias com uma densidade energética até cinco vezes superior à das baterias de iões de lítio, adequadas para utilização prática
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As baterias de zinco-ar conseguem armazenar significativamente mais energia do que as baterias de iões de lítio, mas, até agora, era praticamente impossível recarregá-las. Uma equipa liderada pelo professor Jörg J. Schneider, do Departamento de Química, demonstrou agora como um material composto por ferro, níquel e carbono permite que a bateria seja carregada e descarregada até 500 vezes.
São utilizadas em aparelhos auditivos há décadas: as baterias de zinco-ar. São tecnologicamente maduras e amplamente difundidas, mas têm uma grande desvantagem: assim que se descarregam, acabam no lixo. Até agora, as versões recarregáveis têm sido raras no mercado. No entanto, têm um grande potencial. Em teoria, as baterias de zinco-ar podem armazenar até cinco vezes mais energia do que as baterias de iões de lítio amplamente utilizadas atualmente. Os principais obstáculos são a sua recarregabilidade total e os complexos processos químicos no interior da célula, que são tecnicamente difíceis de controlar. É precisamente isso que torna o tema tão empolgante para a investigação básica.
O grupo de investigação liderado pelo Professor Jörg J. Schneider, do Departamento de Química da TU Darmstadt, descreveu agora, na revista «Advanced Science», um passo importante no sentido de uma bateria de zinco-ar recarregável. A equipa desenvolveu um novo material e investigou as suas propriedades eletroquímicas; este material atua como um catalisador particularmente eficiente e duradouro no interior da bateria. O material baseia-se nos chamados espinélios. Este grupo de minerais é muito comum na natureza; um exemplo é a trevorita, um composto de níquel, ferro e oxigénio. Na química, na ciência dos materiais e na engenharia elétrica, os espinélios já são utilizados de diversas formas devido às suas propriedades especiais.
Os investigadores de Darmstadt fixaram de forma direta e firme minúsculas partículas de espinélio — com apenas alguns nanómetros — a nanomateriais de carbono. Além disso, os elementos azoto e fósforo são incorporados na superfície do carbono. Isto cria um material compósito capaz de desempenhar várias funções simultaneamente: conduz eletricidade, é quimicamente estável e ativa o elemento-chave da bateria, o oxigénio.
Uma bateria de zinco-ar utiliza o oxigénio do ar ambiente. Durante a descarga, o oxigénio sofre uma reação química; durante o carregamento, tem de ser reformado. Ambas as reações só podem ocorrer com a ajuda de um catalisador. A procura de materiais que apoiem de forma consistente e eficaz ambos os processos reveste-se de importância central. O novo catalisador consegue precisamente isso: em experiências, permitiu até 500 ciclos de carga e descarga. Um fator crucial aqui é uma espécie de «ponto de encontro» no interior da bateria, onde três elementos-chave têm de se reunir: o catalisador sólido, a solução eletrolítica líquida — que facilita o transporte de carga — e o oxigénio do ar. Só se esta área de contacto — designada pelos especialistas por «junção tripla» — se mantiver estável durante o funcionamento é que a bateria funcionará de forma fiável. O novo material compósito cria condições favoráveis para tal.
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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