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Bateria ‘verde’ e reciclável poderá energizar dispositivos no futuro

Fonte

Universidade de Glasgow

Data

quarta-feira, 24 março 2021 06:25

Um novo tipo de bateria impressa em 3D que usa eletrodos feitos de amido vegetal e nanotubos de carbono poderá futuramente fornecer aos dispositivos móveis uma fonte de energia mais ecológica e de maior capacidade.

Uma equipe de engenheiros liderada por pesquisadores da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, desenvolveu a bateria em uma tentativa de fazer baterias de íon-lítio mais sustentáveis e capazes de armazenar e fornecer energia com mais eficiência. O design e a fabricação da bateria estão descritos em um artigo publicado na revista científica Journal of Power Sources.

As baterias de íon de lítio fornecem uma combinação útil de fatores de forma compactos e leves e a capacidade de suportar muitos ciclos de carga e descarga. Isso as tornou ideais para uso em uma ampla variedade de dispositivos, incluindo notebooks, telefones celulares, relógios inteligentes e veículos elétricos.

Como muitas baterias, as baterias de íon-lítio compreendem um eletrodo positivo, geralmente feito de óxido de lítio cobalto/manganês ou fosfato de ferro-lítio, e um eletrodo negativo, geralmente feito de metal de lítio. Durante o carregamento, os íons de lítio fluem através de um eletrólito do eletrodo positivo para o eletrodo negativo, onde são armazenados. Durante o uso, os íons fluem na direção oposta, gerando energia para alimentar dispositivos por meio de uma reação eletroquímica.

Uma das limitações físicas na quantidade de energia que os projetos de corrente de baterias de íon-lítio podem armazenar e liberar é a espessura de seus eletrodos. Eletrodos mais grossos restringem a difusão de íons de lítio através do eletrodo, limitando assim a energia específica das baterias de íons de lítio. O aumento da espessura dos eletrodos também diminui sua tolerância à deformação, tornando-os mais propensos a rachaduras. Depois que um eletrodo se quebra, a bateria se torna inútil.

A bateria da equipe liderada pela Universidade de Glasgow visa atingir um melhor equilíbrio entre o tamanho e a área de superfície dos eletrodos, introduzindo minúsculos orifícios em nano e microescala, ou poros, em seu design. Crivando a superfície e o interior dos eletrodos com poros, eles podem aumentar significativamente a área de superfície em comparação com um eletrodo sólido com as mesmas dimensões externas.

Para isso, eles usaram uma técnica de manufatura aditiva, a impressão 3D, para controlar rigidamente o tamanho e o posicionamento de cada poro em seus eletrodos. Eles carregaram sua impressora 3D com um material que desenvolveram que combina ácido polilático, fosfato de ferro-lítio e nanotubos de carbono. O ácido polilático é um material biodegradável processado a partir do amido de milho, cana-de-açúcar e beterraba sacarina, aumentando a reciclabilidade da bateria.

Eles experimentaram fazer eletrodos circulares em três espessuras diferentes de 100, 200 e 300 mícrons. Cada eletrodo foi testado com diferentes combinações de materiais, variando a quantidade de nanotubos de carbono na mistura de materiais de 3% a 10% em peso e a porosidade de 10% a 70% pela introdução de grades de orifícios rigidamente controlados em todo o eletrodo.

A bateria de eletrodos de 300 mícrons com 70% de porosidade teve o melhor desempenho durante o teste, com uma capacidade específica de 151 miliamperes-hora por grama (mAh/g) – a medição padrão de quanta carga uma bateria pode conter. Isso é cerca de duas a três vezes o desempenho de uma bateria de íon de lítio tradicional com um eletrodo sólido da mesma espessura.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Glasgow (em inglês).

Fonte: Universidade de Glasgow.