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Bateria recarregável de zinco-ar de alta eficiência e baixo custo
Protótipo da nova bateria, um projeto de pesquisa financiado pela Intel. [Imagem: Li et al./NComms]
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.
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
Site Inovação Tecnológica
Protótipo da nova bateria, um projeto de pesquisa financiado pela Intel. [Imagem: Li et al./NComms]
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.
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