Flúor pode substituir lítio nas baterias recarregáveis, avança novo estudo

Um novo estudo indica que o flúor, um elemento relativamente abundante, pode ser uma alternativa viável ao lítio.

As baterias dos automóveis elétricos são dos componentes mais caros, muito derivado ao uso de lítio e cobalto. Com o aumento da procura deste tipo de carros há, inclusive, quem chame ao lítio o “ouro branco”, dado o seu preço e escassez no mercado.

Assim sendo, cientistas por todo o Planeta têm procurado materiais alternativos a este íon-lítio, sendo que agora um estudo indica que o íon-fluoreto pode ser o caminho.

Curiosamente, o íon-fluoreto é o oposto ao íon-lítio, tendo a atração mais forte pelos eletrons, o que lhe permite realizar facilmente as reações eletroquímicas.

Os cientistas no japão estão em testes para ver a viabilidade desta substituição, e indicaram que as baterias com flúor podem permitir que veículos elétricos se desloquem 1.000 quilómetros com uma única carga.

Infelizmente, as baterias de íon-fluoreto atuais têm baixa ciclabilidade, o que significa que tendem a degradar-se rapidamente com ciclos de carga e descarga.

No seu novo estudo, os cientistas adotaram uma abordagem diferente para o projeto das baterias de íon-fluoreto, identificando dois materiais que facilmente ganham ou perdem íons-fluoreto enquanto passam por pequenas mudanças estruturais para permitir uma boa ciclabilidade.

Os novos materiais da bateria são eletrídeos em camadas, indicou em comunicado Rohan Mishra, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Universidade de Washington em St. Louis.

Eletrides são uma classe relativamente nova de materiais que os cientistas conhecem há cerca de 50 anos, mas que apenas nos últimos 10 a 15 anos compreenderam as suas características, diz Mishra.

“Prevemos que esses elétrons intersticiais podem ser facilmente substituídos por íons de flúor sem deformações significativas na estrutura do cristal, permitindo assim a ciclabilidade”, afirmou Mishra. “Os íons de fluoreto também podem mover-se ou difundir-se com bastante facilidade devido à estrutura relativamente aberta dos eletretos em camadas.”

Steven Hartman, um doutorado no laboratório de Mishra, utilizou cálculos de mecânica quântica para testar dezenas de candidatos a bateria em potencial, afirmando que o desempenho destas baterias é semelhante ao das de lítio, sendo uma alternativa interessante pois pode superar a escassez de fornecimento de elementos utilizados atualmente nas baterias.

Hartman comparou o estudo da bateria com alguns dos outros trabalhos do grupo Mishra, que usa técnicas de “big data” de machine learning para filtrar milhares de candidatos.

“Isto exigiu mais intuição e tentativa e erro do que outros estudos que fizemos”, diz Hartman. “Em princípio, pode-se adicionar muitos íons de flúor aos eletrodos convencionais para armazenar muita carga, mas na prática, essas capacidades teóricas são difíceis de gerir. Quando adicionamos flúor aos elétrodos convencionais, eles incham e encolhem à medida que se carrega e descarrega, e isso pode levar a rachas e perda de contato elétrico. ”

Minimizar esse volume e alterar a forma é essencial para criar uma bateria de flúor durável.

“Nestes materiais de eletretos em camadas, prevemos que adicionar e remover os íons de flúor causaria mudanças estruturais significativamente menores, ajudando assim a alcançar uma vida útil mais longa”, concluiu Hartman.

O estudo foi publicado no Journal of Materials Chemistry.