As baterias de lítio-enxofre (Li-S), devido ao seu peso leve e alta capacidade teórica, são uma alternativa promissora às baterias convencionais de íon-lítio (Li-íon) para sistemas de armazenamento de energia em grande escala e veículos elétricos. Mas as baterias Li-S atualmente sofrem com a baixa longevidade.
Agora, cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju (GIST) na Coréia do Sul descobriram a capacidade de um novo material catalisador de melhorar significativamente a vida útil da bateria de lítio-enxofre, dando-lhes grande potencial comercial.
O problema
A maioria dos aparelhos eletrônicos atualmente funciona com baterias recarregáveis de íon-lítio. Mas sua capacidade de armazenamento de energia não é suficiente para sistemas de armazenamento de energia em grande escala. As baterias Li-S podem ser úteis devido à sua maior capacidade teórica de armazenamento de energia e menor custo.
Mas o mesmo mecanismo que lhes dá todo esse poder está impedindo que as baterias de lítio-enxofre se tornem o mainstream. Ao contrário dos íons de lítio, o caminho de reação em baterias de Li-S leva a um acúmulo de sulfeto de lítio sólido e polissulfeto de lítio líquido, causando uma perda de material ativo do cátodo de enxofre (eletrodo carregado positivamente) e corrosão do ânodo de lítio (carregado negativamente eletrodo). Para melhorar a vida útil da bateria, os cientistas têm procurado catalisadores que possam tornar essa degradação reversível de forma eficiente durante o uso.
A descoberta
Em um estudo recente publicado na ChemSusChem, os cientistas do GIST relataram um avanço na vida útil das baterias de lítio-enxofre. O professor Jaeyoung Lee, que liderou o estudo, disse:
“Ao procurar um novo eletrocatalisador para as baterias de lítio-enxofre, lembramos de um estudo anterior que realizamos com oxalato de cobalto, no qual descobrimos que íons carregados negativamente podem ser facilmente absorvidos na superfície deste material durante a eletrólise. Isso nos motivou a hipotetizar que o oxalato de cobalto também apresentaria um comportamento semelhante com o enxofre nas baterias de lítio-enxofre.”
Para testar sua hipótese, os cientistas construíram uma bateria de Li-S adicionando uma camada de oxalato de cobalto no cátodo de enxofre. O oxilato de cobalto é feito no processo de reciclagem de baterias de íon-lítio.
Com certeza, as observações e análises revelaram que a capacidade do oxalato de cobalto de absorver enxofre permitiu a redução e dissociação de sulfeto de lítio sólido e polissulfeto de lítio líquido. Além disso, suprimiu a difusão de polissulfeto de lítio líquido no eletrólito, absorvendo polissulfeto de lítio líquido em sua superfície, impedindo-o de atingir o ânodo de lítio e desencadeando uma reação de autodescarga. Juntas, essas ações melhoraram a utilização do enxofre e reduziram a degradação do ânodo, aumentando, assim, a longevidade, o desempenho e a capacidade de armazenamento de energia da bateria.
Lee acha que, devido às descobertas da equipe, as baterias de lítio-enxofre podem ter um futuro que os íons de lítio não podem realizar. Ele disse: “As baterias de lítio-enxofre podem permitir o transporte elétrico eficiente, como em aeronaves não tripuladas, ônibus elétricos, caminhões e locomotivas, além de dispositivos de armazenamento de energia em grande escala. Esperamos que nossas descobertas possam levar as baterias de lítio-enxofre um passo mais perto da comercialização para esses fins.”
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