Baterias se autoconsertam, guardam mais energia e duram mais

Redação do Site Inovação Tecnológica

As baterias que se autoconsertam terão vida muito mais longa do que as atuais. [Imagem: Atsuo Yamada]

Baterias de lítio e de sódio

Engenheiros da Universidade de Tóquio desenvolveram um material capaz de prolongar significativamente a vida útil das baterias, permitir que elas guardem mais energia e ainda torná-las capazes de se autoconsertar de um dos seus principais defeitos.

Existem dois aspectos particulares nas baterias que precisam melhorar para atender às nossas necessidades futuras - dos smartphones aos marcapassos e carros.

Esses aspectos são a longevidade da bateria - sua vida útil - e sua capacidade - quanto de carga ela pode armazenar.

Tanto as bem conhecidas baterias de íons de lítio como outro tipo menos famoso mas promissor, baseado em sódio em lugar do lítio, podem armazenar e disponibilizar uma grande quantidade de energia graças à maneira como seus materiais constituintes lidam com os elétrons.

Mas, tanto nas baterias de lítio quanto nas baterias de sódio, ciclos repetidos de carga e recarga acabam reduzindo significativamente a capacidade de armazenamento ao longo do tempo.

Bateria que se autoconserta

Se você pudesse ver dentro de uma bateria, veria camadas de material metálico. Conforme ela é carregada e descarregada, essas camadas degradam e desenvolvem rachaduras ou lascas - chamadas de falhas de empilhamento - que reduzem a capacidade da bateria de armazenar e fornecer carga. Essas falhas de empilhamento ocorrem porque o material é mantido unido por uma força fraca chamada força de Van der Waals, que é facilmente superada pelo estresse imposto aos materiais pelo carregamento e uso.

A equipe japonesa demonstrou que, se a bateria for feita com um material de fórmula Na₂RuO₃ (sódio, rutênio e oxigênio), então algo notável acontece: Não só a degradação dos ciclos de carga e descarga diminui, como as camadas passam a se autorreparar.

Esse fenômeno inusitado ocorre porque o material, que também tem uma estrutura em camadas, é sustentado por uma força chamada atração coulômbica, que é muito mais forte do que a força de Van der Waals.

"Isso significa que as baterias podem ter vida útil muito mais longa, e também podem ser forçadas além dos níveis que atualmente as danificam. Aumentar a densidade de energia das baterias é de suma importância para tornar o transporte eletrificado uma realidade," disse o professor Atsuo Yamada.

Bibliografia:

Coulombic self-ordering upon charging large-capacity layered battery electrodes
Benoit Mortemard de Boisse, Marine Reynaud, Jiangtao Ma, Jun Kikkawa, Shin-ichi Nishimura, Montse Casas-Cabanas, Claude Delmas, Masashi Okubo, Atsuo Yamada
Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 2185
DOI: 10.1038/s41467-019-09409-1