Uma descoberta que revolucionará o armazenamento de energia

Uma descoberta de sorte pode revolucionar a bateria e mudar a forma como alimentamos nosso mundo.

De vez em quando, uma tecnologia revolucionária com impacto profundo sobre a humanidade parece surgir espontaneamente do nada. Foi assim com a dinamite, a penicilina, as máquinas de raios X e até os fornos microondas.

Pois bem, ao que tudo parece, em 2022 pode ter havido mais uma dessas descobertas incríveis, que não apenas revolucionará a maneira como vivemos, mas potencialmente salvará nosso planeta das mudanças climáticas iminentes. Estamos falando de um super avanço no desenvolvimento das baterias de lítio-enxofre.

Na atualidade, nossa tecnologia de bateria preferida é a de íon de lítio, que alimenta tudo, desde telefones e Teslas até instalações de backup da rede de energia e satélites. Apesar de muito útil, ela apresenta desvantagens graves.

Primeiro, os materiais necessários para construí-la, como o cobalto, normalmente são muito prejudiciais ao meio ambiente na fase de mineração. Eles destroem vastos ecossistemas e até liberam produtos químicos tóxicos. Na prática, há também uma questão humanitária, já que algumas das condições de trabalho dessas minas são mortais e, em alguns casos, é usado o trabalho infantil.

Depois, há o problema do ciclo de vida. A vida moderna exige o carregamento cada vez mais rápido de nossos eleletroeletrônicos, mas as baterias de íon-lítio perdem rapidamente sua capacidade com o uso frequente.

A degradação da bateria é uma preocupação séria, especialmente para o mundo dos veículos elétricos (EVs). Às vezes, os EVs de segunda mão podem ser inutilizados se a bateria estiver gasta, pois a substituição custa uma pequena fortuna. Isso desmotiva a adoção dos VEs e também gera lixo eletrônico.

Há também um problema de densidade. As células de íons de lítio são bastante pesadas, grandes e volumosos. Isso limita o alcance dos carros elétricos, tornando as baterias inviáveis ​​para algumas aplicações, como aviões e navios elétricos comerciais.

Existe até um problema de incêndio com baterias de íon-lítio, pois uma célula danificada pode pegar fogo espontaneamente e queimar intensamente.

É por tudo isso que cientistas da Universidade de Drexel, EUA, decidiram desenvolver um novo tipo de bateria e optaram por trabalhar com o lítio-enxofre.

Superficialmente, o lítio-enxofre parece resolver todos os problemas do íon-lítio. Ele usa materiais ecologicamente menos nocivos, pode ser mais barato de produzir e até três vezes mais denso em energia (o que significa uma bateria mais leve) e tem muito menos probabilidade de pegar fogo. Tudo sem comprometer as velocidades de carga. Fantástico, não? Então por que ainda não está em produção?

Bem, existe um grande problema. Enquanto uma bateria de íons de lítio pode ser usada por cerca de 2.000 ciclos de carga, o enxofre de lítio é normalmente limitado a apenas metade disso. Assim, depois de um ou dois anos de uso adequado, uma bateria de lítio-enxofre estará basicamente descarregada.

A descoberta

Para resolver isso, a equipe da Drexel estava testando novas abordagens para o lítio-enxofre, alterando os compostos no cátodo da bateria. Seu objetivo era retardar a reação química que cria polissulfetos quando a bateria carrega e descarrega. Esses cristais retiram efetivamente o enxofre do eletrodo e, por fim, causam uma perda maciça de capacidade. Desacelerá-los poderia fazer com que essas baterias muito densas em energia durassem mais.

Mas o que eles descobriram durante os ensaios foi algo incrível e inesperado: uma fase química de enxofre que basicamente impede a degradação da bateria! Eles ficaram tão chocados com essa descoberta que tiveram que verificar 100 vezes para garantir que não estavam interpretando mal.

Essa fase química é conhecida como enxofre monoclínico de fase gama, mas só havia sido observada em laboratório em altas temperaturas, acima de 95°C (203°F). Esta é a primeira vez que foi vista em temperatura ambiente. Na bateria, essa fase interrompe completamente a reação que cria os polissulfetos.

Os cientistas então submeteram a bateria nessa nova configuração a 4.000 ciclos de carga e não houve queda na capacidade, significando que dura pelo menos o dobro do íon de lítio. Também é importante notar que a nova bateria é três vezes mais densa em energia do que o íon de lítio e pode ser carregada com a mesma rapidez!

Dizer que essa é uma descoberta notável é pouco, pois essa nova fase do enxofre também traz outros benefícios, como a redução da expansão da bateria e o aumento das margens de segurança. Em outras palavras, essa solução tem todas as características da bateria definitiva buscada para o mercado de massa.

Como acontece com a maioria das descobertas acidentais, os cientistas ainda não entenderam o que realmente está acontecendo. Eles ainda não sabem por que essa fase de enxofre é criada ou como garantir que continue assim. Portanto, mais pesquisas são necessárias para responder a essas perguntas, a fim de desenvolver uma bateria confiável que possa ser usada em bilhões de computadores, carros elétricos e similares.

Mas valerá a pena esperar! Os EVs poderão ser muito mais rápidos e eficientes, com alcance de milhares de quilômetros, e comercialmente viáveis, ​​a um custo semelhante aos EVs de hoje. Além disso, voos de curta distância, navios de carga e balsas de passageiros terão uma tecnologia que permitirá que sejam totalmente elétricos. A economia de peso, longa vida útil e preço competitivo significarão que esses setores poderão finalmente atingir suas metas de baixo carbono.

Em suma, as baterias de lítio-enxofre podem permitir que uma grande variedade de atividades se tornem elétricas, tornando as emissões zero muito mais viáveis.

Há ainda outras vantagens nessa descoberta. O lítio, o enxofre e outros materiais que compõem essa nova bateria são abundantes em toda a Terra. Isso significa que poderemos minimizar drasticamente o impacto ecológico da mineração, bem como garantir uma cadeia de suprimentos mais forte.

Mas isso não é o fim. A equipe da Drexel já está pensando em usar essa inovação para fabricar baterias de sódio-enxofre. Ao remover a necessidade de lítio, eles podem tornar as baterias ainda mais ecológicas e eliminar um enorme gargalo na cadeia de suprimentos, garantindo que a adoção de EVs possa continuar nas velocidades vertiginosas que as montadoras estão planejando.

Essa descoberta acidental na Drexel deve revolucionar o uso de energia do mundo e ajudar a humanidade na transição para uma sociedade mais limpa e neutra em carbono. Vamos apenas esperar que a equipe da Drexel possa tirar essa tecnologia do laboratório e colocá-la em nossas mãos em breve.

Fonte: Traduzido e adaptado de Freethink.com