Pastas de dente podem aumentar autonomia de veículos?

Entenda como pastas de dente podem aumentar autonomia de veículos.

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Descoberta de novo eletrólito de flúor pode revolucionar baterias veiculares.

Um composto comum encontrado em pastas de dente, o fluoreto de sódio, revelou-se um ingrediente com potencial para impulsionar o desenvolvimento de novos tipos de baterias veiculares. Cientistas do Laboratório Nacional Argonne, vinculado ao Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), fizeram uma descoberta significativa ao encontrar um eletrólito à base de flúor capaz de preservar o desempenho de baterias de próxima geração. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Nature Communications.

Liderados por Zhengcheng (John) Zhang, especialista da divisão de Ciências Químicas e Engenharia de Argonne, os cientistas revelaram que uma nova geração de baterias, além das conhecidas baterias de íon-lítio, está se aproximando. As baterias de íon não-lítio apresentam a capacidade de armazenar o dobro ou mais de energia em relação ao volume ou peso, se comparadas às baterias de íon-lítio convencionais. Essas baterias têm potencial para alimentar veículos, incluindo caminhões e aeronaves de longa distância, o que poderia contribuir para a solução do problema das mudanças climáticas.

No entanto, um desafio enfrentado por essas baterias avançadas é a rápida redução da densidade de energia após repetidas cargas e descargas. Uma das soluções propostas é a utilização de um ânodo feito de lítio metálico, em vez do grafite comumente encontrado nas baterias de íon-lítio. Essa configuração é conhecida como “bateria de metal de lítio“. O cátodo dessas baterias é composto por um óxido metálico contendo níquel, manganês e cobalto (NMC), que oferece uma densidade de energia superior. No entanto, esse desempenho de alto nível se deteriora rapidamente após um número limitado de ciclos de carga e descarga.

A equipe de pesquisadores abordou esse problema substituindo o eletrólito líquido usado para o movimento de íons de lítio entre o cátodo e o ânodo durante o processo de carga e descarga. Nas baterias de metal de lítio, o eletrólito é composto por um líquido contendo sal de lítio dissolvido em um solvente. A questão central é que esse eletrólito não forma uma camada protetora adequada na superfície do ânodo durante os primeiros ciclos de carga e descarga. Essa camada, chamada de “interfase de eletrólito sólido” (SEI), é fundamental para permitir a agem livre de íons de lítio para dentro e para fora do ânodo, possibilitando o carregamento e descarregamento eficientes da bateria.

A solução encontrada pela equipe de pesquisadores foi a incorporação de um novo solvente de flúor, que resultou em uma camada SEI robusta, capaz de manter o alto desempenho por centenas de ciclos em uma célula de metal de lítio em testes. Esse solvente de flúor consiste em um líquido iônico, uma combinação de um componente fluorado carregado positivamente (cátion) e um componente fluorado diferente carregado negativamente (ânion). A substituição de átomos de hidrogênio por flúor na estrutura em forma de anel do componente catiônico do líquido iônico foi crucial para a manutenção da alta performance das baterias durante os ciclos de carga e descarga.

Para compreender o mecanismo por trás dessa melhoria em escala atômica, a equipe utilizou recursos de computação de alto desempenho fornecidos pelo Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), uma instalação do Departamento de Energia dos Estados Unidos. As simulações realizadas no supercomputador Theta do ALCF mostraram que os cátions de flúor se aderem e se acumulam nas superfícies do ânodo e do cátodo antes mesmo do início dos ciclos de carga e descarga. Durante as primeiras etapas desses ciclos, uma camada SEI altamente protetora se forma, superando as capacidades dos eletrólitos anteriores.

Análises de microscopia eletrônica de alta resolução realizadas no Argonne e no Pacific Northwest National Laboratory revelaram que a presença dessa camada SEI altamente protetora no ânodo e no cátodo contribuiu para um ciclo de vida estável das baterias. Além disso, a equipe conseguiu ajustar a proporção entre o solvente de flúor e o sal de lítio, criando uma camada com propriedades ideais, incluindo a espessura adequada da camada SEI.

O novo eletrólito desenvolvido pela equipe apresenta várias vantagens adicionais. É de baixo custo, pois pode ser produzido com alta pureza e em uma etapa única, em vez de múltiplas etapas. Além disso, é ambientalmente amigável, pois utiliza uma quantidade reduzida de solvente, que é volátil e pode liberar contaminantes no meio ambiente. Além disso, o novo eletrólito é mais seguro por ser não inflamável.

Zhang destaca o impacto significativo que as baterias de metal de lítio com o novo eletrólito fluorado podem ter na indústria de veículos elétricos. Ele ressalta que a utilidade desse eletrólito vai além das baterias de íon-lítio, podendo ser aplicada em outros sistemas avançados de baterias.

Com a descoberta desse eletrólito inovador à base de flúor, as perspectivas para o avanço das baterias veiculares estão em ascensão. Essa nova tecnologia pode abrir caminho para o desenvolvimento de baterias mais eficientes, duráveis e sustentáveis, impulsionando ainda mais a adoção de veículos elétricos e contribuindo para um futuro mais limpo e sustentável.

Fonte: Texto gerado por ChatGPT, um modelo de linguagem desenvolvido pela OpenAI, com contribuições e correções adicionais do autor. Imagem principal: Depositphotos.

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