A nova substância altera o mecanismo básico de funcionamento da bateria de lítio-ar.
[Imagem: Jinqiang Zhang et al. - 10.1126/sciadv.abm1899]

Bateria de lítio-ar

Pesquisadores australianos anunciaram a descoberta de uma nova substância que dá um impulso histórico nas tão esperadas baterias de lítio-oxigênio (Li-O2).

Essas baterias, também conhecidas como "lítio-ar", destacam-se pela sua capacidade de armazenar muito mais energia do que as de íons de lítio atualmente existentes. Para isso, elas capturam o oxigênio atmosférico para gerar uma reação química em seu interior no ciclo de descarregamento, e liberam esse oxigênio de volta na hora do recarregamento.

Mas os protótipos têm sofrido com reações parasitas que atrapalham a liberação da energia armazenada, além de diminuírem a vida útil da bateria.

Jinqiang Zhang e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Sidnei sintetizaram uma molécula que resolve esses e outros entraves das baterias de lítio-oxigênio, virtualmente colocando-as em nível que daria a um carro elétrico a mesma autonomia que um carro a motor a combustão.

A bateria apresentou um aumento de 46 vezes na capacidade de descarga, um diferencial entre a tensão de liberação e a tensão de recarregamento de apenas 0,7 V e um ciclo de vida ultralongo, superior a 1.400 ciclos.

Gráfico mostrando o ganho de liberação de energia e micrografias mostrando o interior da bateria.
[Imagem: Jinqiang Zhang et al. - 10.1126/sciadv.abm1899]

Substância tudo-em-um

A substância desenvolvida pela equipe na verdade altera o mecanismo fundamental de funcionamento da bateria de lítio-oxigênio. O novo mecanismo de extinção/mediação baseia-se nas reações químicas diretas entre a nova substância e o radical superóxido/Li2O2.

"Nós racionalmente projetamos e sintetizamos com sucesso um supressor de radical superóxido multifuncional enxertando dois grupos funcionais redox de mediação ativa 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi (TEMPO) em um esqueleto de diimida de perileno de extinção ativa (PDI)," detalhou a equipe.

O resultado, de nome extralongo mas que atende bem pela sigla PDI-TEMPO, não apenas extingue quimicamente as espécies de superóxido geradas durante os processos de descarga e recarga, como também atua como um mediador para catalisar a formação e decomposição de Li2O2 na solução eletrolítica e diminuir as diferenças de potencial entre a carga e a descarga.

"A capacidade da próxima geração das baterias de lítio-oxigênio de estender a autonomia entre as cargas seria um salto significativo para a indústria de veículos elétricos. Estamos confiantes de que nossa molécula tudo-em-um pode melhorar drasticamente o desempenho das baterias de lítio-oxigênio e permitir que as baterias de lítio-oxigênio de nova geração sejam práticas," disse o professor Guoxiu Wang, coordenador da equipe.