A Revista Eletônica Inovação Tecnológica trouxe na sua
publicação de 30/08/2016 este artigo:
Bateria de zinco armazena 450 watts/h por litro
Bateria de íons de zinco
Químicos da Universidade de Waterloo, no Canadá,
desenvolveram uma bateria de íons de zinco que é
segura, barata e durável.
Com base no preço dos materiais utilizados, ela
tem potencial para custar metade do preço das
baterias de íons de lítio, apresentando uma
durabilidade nunca antes alcançada por dispositivos
do seu tipo.
Em vez do lítio, a bateria usa zinco, um material
muito mais abundante e mais barato, além de
eliminar compostos tóxicos e inflamáveis.
Esquema de funcionamento da bateria de íons de zinco. [Imagem: Dipan Kundu et al. - 10.1038/nenergy.2016.119]
Intercalação
A bateria usa materiais seguros, sais à base de
água não-inflamáveis, não tóxicos e com um pH
neutro.
Ela é formada por um eletrólito à base de água, um
eletrodo positivo de óxido de vanádio e um
eletrodo negativo de zinco metálico.
A bateria gera eletricidade através de um processo
reversível chamado intercalação, no qual íons de
zinco carregados positivamente são oxidados no
eletrodo negativo de zinco metálico, viajam através
do eletrólito e se inserem entre as camadas de
óxido de vanádio. Isto gera um fluxo de elétrons no
circuito externo, criando uma corrente elétrica.
Durante o carregamento, ocorre o processo inverso.
As baterias de lítio também operam por
intercalação - de íons de lítio - mas elas usam
materiais flamáveis e mais caros.
Quatro critérios
Segundo Dipan Kundu e seus colegas, seu
protótipo representa a primeira demonstração da
intercalação de íons de zinco em um material de
estado sólido que satisfaz quatro critérios
essenciais: alta reversibilidade, taxa de carga e
descarga e capacidade adequadas e não formação
de dendritos de zinco.
No estágio atual, a bateria suportou mais de 1.000
ciclos de carga e descarga com retenção de 80%
da capacidade e uma densidade de energia de 450
watts-hora por litro de solução.
Artigo anterior da mesma revista sobre a
pesquiza com o uso do Zinco:
Em 12/06/2013 com o título;
Bateria recarregável de zinco-ar de alta eficiência e baixo custo
Cientistas da Universidade de Stanford deram um
passo importante no desenvolvimento de uma
bateria de zinco-ar.
Os resultados poderão levar ao desenvolvimento de
uma alternativa mais barata e mais eficiente para
as baterias de íons de lítio utilizadas hoje.
Protótipo da nova bateria, um projeto de pesquisa financiado pela Intel. [Imagem: Li et al./NComms]
Bateria de zinco-ar
Baterias de zinco-ar combinam o oxigênio
atmosférico e o metal zinco em um eletrólito
alcalino líquido, gerando eletricidade com um
subproduto do óxido de zinco produzido na reação.
Quando o processo é revertido durante a recarga,
são produzidos novamente oxigênio e zinco.
"Com a ampla oferta de oxigênio na atmosfera, as
baterias de metal-ar têm uma densidade teórica de
energia drasticamente maior do que qualquer
bateria aquosa tradicional, ou que as baterias de
íons de lítio. Entre elas, a zinco-ar é técnica e
economicamente a opção mais viável," disse
Hongjie Dai, coordenador da equipe.
Outras vantagens dessas baterias incluem a abundância e o baixo custo dos metais utilizados, todos bem mais baratos do que o lítio, e o fato de que os eletrólitos não são inflamáveis, tornando as baterias muito seguras.
Bateria recarregável de óxido de zinco em uma configuração tri-eletrodo com catalisadores de nanotubos de carbono/óxido de cobalto e hidróxido ferro-níquel para carga e descarga, respectivamente. [Imagem: Yanguang Li/Stanford University]
Eletrocatalisadores
Já existem baterias de zinco-ar no mercado, mas elas não
são recarregáveis e não conseguem armazenar muita
energia.
O grande desafio tem sido desenvolver versões
recarregáveis - que geralmente exigem catalisadores
caros, como a platina - e aumentar a vida útil dos
eletrodos de zinco.
Para isso, são necessários eletrocatalisadores ativos e
duráveis para catalisar a reação do oxigênio - de redução
durante a descarga e de evolução durante a recarga.
Foi justamente aí que Yanguang Li conseguiu seu avanço,
dispensando a platina e o irídio, normalmente utilizados
nos protótipos de baterias zinco-ar recarregáveis.
"A combinação de um catalisador híbrido de ar e óxido de
cobalto para a redução do oxigênio, e um catalisador
híbrido ar hidróxido de níquel-ferro para a evolução do
oxigênio resultou em uma eficiência energética recorde
para uma bateria de zinco-ar, com uma densidade de
energia específica mais de duas vezes superior à da
tecnologia de íons de lítio," resumiu o pesquisador.
Bibliografia:
Advanced zinc-air batteries based on high-performance hybrid electrocatalysts
Yanguang Li, Ming Gong, Yongye Liang, Ju Feng, Ji-Eun Kim, Hailiang Wang, Guosong Hong, Bo Zhang, Hongjie Dai
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 1805
DOI: 10.1038/ncomms2812
Advanced zinc-air batteries based on high-performance hybrid electrocatalysts
Yanguang Li, Ming Gong, Yongye Liang, Ju Feng, Ji-Eun Kim, Hailiang Wang, Guosong Hong, Bo Zhang, Hongjie Dai
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 1805
DOI: 10.1038/ncomms2812
Fontes:
J.A.
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