A caminho das futuras baterias de iões de zinco de baixo custo

Com a procura global de baterias de iões de lítio a esgotar rapidamente as reservas de matérias-primas, os especialistas procuram alternativas seguras, económicas e fiáveis para as baterias recarregáveis.

As baterias aquosas de iões de zinco (AZIB) podem ser a resposta para a produção de alternativas de baixo custo a partir de matérias-primas abundantes, e os cientistas da Universidade Flinders estão a preparar o caminho para a produção de AZIB poliméricas simples e práticas utilizando cátodos orgânicos para uma tecnologia de armazenamento de energia mais sustentável.

“As baterias aquosas de iões de zinco podem ter aplicações no mundo real”, afirma o Professor Associado de Química Zhongfan Jia, um investigador de nanotecnologia da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Flinders.

Desde os veículos elétricos aos dispositivos eletrónicos portáteis, a procura e o consumo de baterias de iões de lítio (LIB) conduziram à escassez de recursos e a problemas na cadeia de abastecimento de metais estratégicos, incluindo o lítio e o cobalto.

Entretanto, milhões de pilhas usadas, a maioria das quais não é devidamente reciclada, têm causado enormes resíduos e riscos ambientais – que futuras alternativas como os AIZBs prometem reduzir.

“Entre estas alternativas, as AZIBs destacam-se pela abundância muito maior de zinco na crosta terrestre (dez vezes mais do que o lítio) e pela sua baixa toxicidade e elevada segurança.”

Os AZIB utilizam normalmente o zinco metálico como ânodo e compostos inorgânicos ou orgânicos como cátodo. Embora tenha sido feito um trabalho substancial para melhorar a estabilidade dos ânodos de zinco, são necessários cátodos de elevado desempenho, que continuam a ser um grande desafio.

“A nossa investigação está a aumentar a condutividade utilizando cátodos de polímeros de radical nitróxido feitos a partir de polímeros comerciais baratos e otimizou o desempenho da bateria utilizando aditivos de baixo custo”, afirma o Professor Associado Jia, que lidera um grupo de investigação que trabalha em Polímeros Sustentáveis para Energia e Ambiente.

“O nosso trabalho reavaliou a utilização de cátodos de polímeros radicais de nitróxido de elevado potencial redox em AZIBs e produziu a maior carga em massa até à data”, sublinha, a propósito de um novo artigo publicado online no Journal of Power Resources.

O estudo, liderado pelo estudante de mestrado da Flinders, Nanduni Gamage, e pelo pós-doutorado Yanlin Shi, desenvolveu uma bateria de bolsa feita em laboratório usando polímero em escala (a um custo aproximado de US $ 20 / kg), um eletrólito não fluoro Zn (ClO4) 2 e BP 2000 negro de fumo (US $ 1 / kg) sem aglutinante para fornecer uma capacidade de quase 70 mAh g-1 e uma tensão de descarga média de 1,4 V.

Com uma carga de massa de 50 mg cm-2, a bateria da bolsa tinha uma capacidade de 60 mAh, que pode facilmente alimentar uma pequena ventoinha elétrica e um modelo de carro.

Em colaboração com a Universidade Griffith, a equipa também desenvolveu recentemente baterias de iões duplos de radical orgânico/K, uma técnica que também pode aliviar a dependência das baterias de iões de lítio.