Equipe de pesquisadores quer aumentar ainda mais o potencial das baterias de lítio-enxofre
Cientistas da Vanderbilt University e da University of Maryland apresentaram uma nova química celular que pode aumentar significativamente a densidade energética das baterias de lítio-enxofre. Por meio da integração de cloro, essa abordagem permite uma transferência adicional de elétrons a uma tensão maior.
Gráfico: Vanderbilt University
Há muito tempo as baterias de lítio-enxofre são consideradas uma alternativa promissora às células clássicas de íons de lítio, já que o enxofre é abundante e pode armazenar muito mais carga por unidade de peso. No entanto, até agora sua implementação se mostrou difícil para torná-las duráveis e viáveis na prática.
Em um estudo publicado na revista especializada “Nature Energy”, a equipe das universidades americanas Vanderbilt University e University of Maryland descreve agora uma nova abordagem na qual o enxofre participa de uma reação adicional de armazenamento de energia. O resultado é uma bateria baseada em enxofre que funciona com uma tensão média mais alta e armazena mais carga.
O protótipo da bateria de lítio-enxofre conseguiu armazenar 1.700 watt-horas de energia
Enquanto, em sistemas convencionais, cada átomo de enxofre troca dois elétrons, o sistema inovador também integra cloro para transferir um terceiro elétron. Em testes de laboratório, isso aumentou a capacidade de armazenamento do enxofre em cerca de 58% e elevou a tensão operacional média de aproximadamente 2,05 volts para 2,54 volts. Graças à combinação de maior capacidade de armazenamento de carga e tensão mais elevada, um quilo de enxofre na célula experimental pôde armazenar mais de 1.700 watt-horas de energia.
Para garantir a reversibilidade, os pesquisadores utilizaram simulações moleculares para projetar um eletrólito. Este mantém o cloro reativo e, ao mesmo tempo, impede que o produto enxofre-cloro formado se dissolva e se mova em direção à ânodo de lítio metálico.
78% de capacidade após 100 ciclos de carregamento
Diversas técnicas de espectroscopia confirmaram que o enxofre se move repetidamente entre os estados de carga e descarga. Uma célula do tipo Pouch, após 100 ciclos de carga, manteve 78 por cento de sua capacidade inicial.
Mas ainda é necessário muito trabalho antes que ela possa ser utilizada comercialmente, já que o protótipo utiliza uma anodo de lítio metálico e quantidades maiores de eletrólito. Levando em consideração todos os componentes essenciais da bateria – e não apenas as eletródas –, os cientistas estimam que essa abordagem possa alcançar uma densidade energética gravimétrica de 477 Wh/kg por célula. Isso corresponderia a um valor cerca de 37 por cento superior ao dos sistemas convencionais de lítio-enxofre semelhantes.
“A visão tradicional sobre as baterias de lítio-enxofre deixa parte da capacidade redox do enxofre sem ser utilizada”, disse De-en Jiang, professor de Engenharia Química e Química na Vanderbilt University e coautor correspondente do estudo. “Queríamos descobrir se é possível expandir a capacidade redox do enxofre e usá-la para armazenar mais energia.”
