Baterias de sódio podem aumentar a sua capacidade em 10 vezes com grafeno
Ter baterias de sódio de alto rendimento pode ser uma realidade, pois investigadores da Universidade Tecnológica de Chalmers desenvolveram um novo conceito para produzir materiais de elétrodos de alto rendimento com recurso ao grafeno.
Este novo tipo de grafeno permite armazenar um dos iões metálicos mais comuns e baratos do mundo, o sódio. Sendo que os resultados obtidos mostraram que a capacidade de armazenamento pode mesmo igualar as capacidades atuais das baterias de iões de lítio.
Mesmo com um bom aproveitamento dos iões de lítio no armazenamento de energia, o lítio é um metal caro, além de grandes preocupações sobre o seu fornecimento a longo prazo, bem como problemas ambientais.
Por outro lado, o sódio, é um metal abundante, de barato e o principal ingrediente encontrado na água do mar, bem como no sal da cozinha. O que faz com que as baterias de sódio sejam uma excelente alternativa sustentável para reduzir a nossa necessidade em matérias primas limitadas. Mas têm um grande desafio… aumentar a sua capacidade!
Aumentar a capacidade das baterias de sódio
O atual rendimento das baterias de iões de sódio não consegue competir com o rendimento das baterias de iões de lítio! Limitação devida ao grafito, pois é feito de camadas empilhadas de grafeno e usado como ânodo nas baterias de iões de lítio atuais.
Os iões são intercalados com o grafito, o que significa que podem entrar e sair das camadas de grafeno e ser armazenados para usar como energia.
Os iões de sódio são maiores que os iões de lítio e interagem de maneira diferente. Não se conseguem assim armazenar de modo eficiente na estrutura de grafito, mas os investigadores de Chalmers descobriram uma forma de resolver esta limitação.
“Adicionámos um espaçador de molécula num dos lados da camada de grafeno, quando essas camadas são empilhadas, a molécula cria espaço entre as camadas de grafeno, criando assim um ponto de interação, aumentando a capacidade da bateria de sódio”, disse Jinhua Su, Investigador do Departamento de Ciência Industrial e Materiais de Chalmers.
Dez vezes a capacidade energética do grafito
Normalmente a capacidade de intercalação de sódio no grafito é de 35 miliamperes/hora/grama (mA/h/g-1). O que significa que é menos de uma décima da capacidade de intercalação de iões de lítio em grafito.
Com este novo grafeno, a capacidade passa para 332 miliamperes/hora/grama, aproximando-se do valor do lítio no grafito. Os resultados também mostraram uma reversibilidade total e um aumento de estabilidade do número de ciclos.
A investigação ainda se encontra numa fase inicial, mas os resultados têm sido animadores. Resultados que vêm comprovar que é possível criar camadas de grafeno numa estrutura ordenada que se adapte aos iões de sódio, comparando-os ao grafito.
Este estudo foi iniciado por Vicenzo Palermo, quando era ainda subdiretor da Graphene Flagship, financiado pela Comissão Europeia e coordenado pela Universidade Tecnológica de Chalmers.
Este novo grafeno tem uma função química assimétrica em lados opostos e por isso, chama-se grafeno Jano, em honra ao antigo Deus romano de duas caras, Jano, o Deus de novos começos, associado a portas e portões, e um dos primeiros passos de uma viagem.
Neste caso, o grafeno de Janus correlaciona-se bem com a mitologia Grega, o que pode abrir portas para as baterias de sódio de alta capacidade.
Ainda está longe de ter aplicações industriais, mas os novos resultados mostraram, que podem ser criadas lâminas ultrafinas de grafeno, no pequeno espaço entre elas, um excelente armazenamento de energia de alta capacidade. Claro que será também um projeto de conceito com metal rentável, abundante e sustentável.
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