Cientistas projetam uma bateria sem cobalto para energia mais limpa e verde



Baterias recarregáveis ​​confiáveis ​​e de alta capacidade são um componente essencial de muitos dispositivos e até mesmo de transporte. Desempenham um papel fundamental na transição para um mundo mais verde. Na sua produção é utilizada uma vasta gama de elementos, incluindo o cobalto, cuja produção contribui para alguns problemas ambientais, económicos e sociais.

Durante décadas, os LIBs têm sido a forma padrão de alimentar dispositivos móveis ou portáteis e dispositivos eletrônicos.

Pela primeira vez, uma equipe que inclui pesquisadores da Universidade de Tóquio apresentou uma alternativa viável ao cobalto, que de certa forma poderia superar a química moderna das baterias. Também sobrevive a um grande número de ciclos de recarga e a teoria básica pode ser aplicada a outros problemas. A pesquisa foi publicada na revista Nature Sustainability.

Você provavelmente está lendo este artigo em um laptop ou smartphone e, se não estiver, provavelmente possui pelo menos um deles. Dentro de qualquer um dos dispositivos, e de muitos outros, você encontrará uma bateria de íons de lítio (LIB). Durante décadas, os LIBs têm sido a forma padrão de alimentar dispositivos móveis ou portáteis e dispositivos eletrônicos. À medida que o mundo se afasta dos combustíveis fósseis, isso é visto como um passo importante para uso em carros elétricos e baterias domésticas para aqueles com painéis solares. Mas assim como as baterias têm uma extremidade positiva e uma extremidade negativa, as LIBs têm mais negativos do que positivos.

Por um lado, embora sejam algumas das fontes de alimentação portáteis com maior densidade de potência disponíveis, muitas pessoas desejam que as LIBs possam produzir uma densidade de potência mais alta para que durem mais ou alimentem máquinas mais exigentes. Além disso, pode sobreviver a um grande número de ciclos de recarga, mas também se degrada com o tempo; Seria melhor para todos se as baterias pudessem sobreviver a mais ciclos de carregamento e manter a sua capacidade por mais tempo. Mas talvez o problema mais preocupante com as LIBs atuais resida num dos elementos utilizados na sua construção.

O cobalto é amplamente utilizado na maior parte dos LIBs, os eletrodos. Todas as baterias funcionam de maneira semelhante: dois eletrodos, um positivo e outro negativo, promovem o fluxo de íons de lítio entre eles no que é chamado de eletrólito quando conectados a um circuito externo. Mas o cobalto é um elemento raro. Na verdade, é tão raro que actualmente existe apenas uma fonte principal: uma série de minas localizadas na República Democrática do Congo.

Muitas questões foram relatadas ao longo dos anos sobre as consequências ambientais destas minas, bem como sobre as condições de trabalho aí existentes, incluindo a utilização de trabalho infantil. Também do ponto de vista da oferta, a fonte de cobalto é problemática devido à instabilidade política e económica na região.

“Há muitas razões pelas quais gostaríamos de parar de usar cobalto para melhorar as baterias de íons de lítio”, disse o professor Atsu Yamada, do Departamento de Engenharia de Sistemas Químicos.

“Para nós, o desafio é técnico, mas o seu impacto pode ser ambiental, económico, social e tecnológico. Temos o prazer de anunciar uma nova alternativa ao cobalto utilizando um novo conjunto de elementos encontrados nos eléctrodos, incluindo lítio, níquel, manganês, silício e oxigênio, todos mais comuns e menos difíceis de conseguir.” Na sua produção e trabalho.

Os novos eletrodos e eletrólitos criados por Yamada e sua equipe não apenas carecem de cobalto, mas de certa forma melhoram a química das baterias existentes.

A densidade de potência dos novos LIBs é cerca de 60% maior, o que pode equivaler a uma vida útil mais longa, e eles podem fornecer 4,4 volts, contra cerca de 3,2 a 3,7 volts para LIBs típicos. Mas um dos avanços tecnológicos mais surpreendentes foram os recursos de carregamento aprimorados.

As baterias de teste com a nova química foram capazes de carregar e descarregar totalmente em mais de 1.000 ciclos (simulando três anos de uso e carga total), perdendo apenas cerca de 20% de sua capacidade de armazenamento.

“Estamos felizes com os resultados até agora, mas chegar aqui não foi isento de desafios. Tem sido uma luta tentar suprimir muitas das reações indesejadas que ocorriam nas primeiras versões da nova química da bateria, que poderiam ter reduzido significativamente a longevidade da vida útil da bateria. “Baterias”, disse Yamada.

“Ainda temos um longo caminho a percorrer, pois ainda existem reações de mitigação mínimas para melhorar a segurança e a longevidade. Hoje, estamos confiantes de que esta investigação levará a baterias melhoradas para muitas aplicações, mas algumas, que exigem durabilidade e longa vida, pode não. Ele ainda não está satisfeito.

Embora Yamada e sua equipe tenham explorado aplicações no LIB, os conceitos subjacentes ao seu desenvolvimento mais recente podem ser aplicados a outros processos e dispositivos eletroquímicos, incluindo outros tipos de baterias, divisão de água (para produzir hidrogênio e oxigênio), fundição de metais e galvanoplastia. E mais.

comentários

comentários