Um novo projeto de bateria de sódio-enxofre pode se tornar uma alternativa mais barata e segura às baterias de lítio.
Atualmente, o lítio é o elemento mais utilizado nas baterias. Para saber mais, clique no link abaixo.
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Fonte: TechXplore (Traduzido para o Português)
Materiais comuns nas baterias, como o lítio, possui desvantagens como sobreaquecimento e problemas de fornecimento, levando aos riscos de segurança e custos mais elevados.
Agora, pesquisadores da China revelaram um novo projeto de bateria que pode oferecer uma melhor alternativa. O novo estudo, publicado na Nature, descreve um projeto sem anôdo, a base de sódio e enxofre, que oferece alta voltagem. As baterias de Sódio-Enxofre (Na-S) são uma alternativa promissora às baterias a base de lítio, devido à abundância de sódio e potencial para armazenamento de alta energia.
Este não é o primeiro projeto de bateria a combinar sódio e enxofre. Porém, as baterias Na-S anteriores enfrentaram problemas que limitavam a praticidade. Algumas baterias Na-S usavam a composição química S/Na_{2}S, limitada por baixa tensão e requeria alto teor de sódio. Apesar da reação redox do enxofre de alta valência ( S^{0}/S^{4+}) fornecer tensões por volta de 3,6V, os pesquisadores ainda não encontraram uma forma de criar esta reação a temperatura ambiente, devido às barreiras energéticas.
Os autores do estudo escreveram: “A reação de conversão S/Na_{2}S no cátodo produz uma tensão de descarga limitada de menos de 1,6 V em relação a Na/Na^{+}, que é muito inferior às alcançadas pelos cátodos das baterias atuais de Li e Na. Além disso, o uso de uma quantidade substancial de sódio metálico no ânodo, geralmente dezenas de vezes superior à das baterias convencionais de Li e Na, compromete a relação custo-benefício e a segurança, ao mesmo tempo que sacrifica as densidades de energia e potência disponíveis.”
A chave para o novo projeto foi “destravar” a reação redox S^{0}/S^{4+} de alta valência, para criar baterias Na-S de alta voltagem sem ânodo a temperatura ambiente. O novo projeto consiste em um cátodo S8, uma folha de alumínio (Al) como coletor de corrente, um separador de fibra de vidro e dicianamida de sódio (NaDCA) em um eletrólito de cloroaluminato não inflamável. A nova bateria oferece uma tensão de descarga de 3,6V.
Os autores do estudo afirmam: “Estudos de mecanismo demonstram que o ânion dicianamida em um eletrólito cloroaluminato otimizado desempenha um papel crucial no desbloqueio da química do cátodo S/SCl_{4} e também na melhoria da reversibilidade da deposição/dissolução de sódio no ânodo, o que, em conjunto, viabiliza baterias de Na–S sem ânodo de alta voltagem, com desempenho eletroquímico e praticidade excepcionais.”
O novo projeto alcançou uma densidade de energia máxima de 1.198 Wh/kg, uma capacidade de descarga de 715 mAh g⁻¹ e uma densidade de potência de 23.773 W/kg. A equipe afirma que a incorporação de um catalisador de Bi-COF no cátodo aumentou ainda mais a capacidade de descarga para 1.206 mAh/g e a densidade de energia para 2.021 Wh/kg.
A equipe também estima que o custo do novo projeto é muito menor do que o das alternativas atuais. Com US$ 5,03 por kWh, é de uma a duas ordens de magnitude mais baixo do que o das baterias de Na atuais. A abundância do sódio e seu menor impacto na extração tornam-o um material mais sustentável do que o lítio.
Embora a equipe afirme que as novas baterias sejam promissoras para aplicações práticas de armazenamento de energia, algumas limitações ainda permanecem antes que estes materiais possam ser usados na prática. Uma questão a ser abordada é que o eletrólito à base de AlCl3/SOCl2 é corrosivo e de difícil manuseio, exigindo estudos adicionais. Além disso, a estabilidade ao ar é de curto prazo, o que significa que a segurança em exposições de longa duração ou em larga escala é incerta.
