A busca por materiais abundantes e baratos que aumentem o desempenho das baterias de veículos elétricos , além de reduzir seu custo, tem parte de suas esperanças depositadas no enxofre. baterias de lítio-enxofre eles prometem grandes capacidades de energia mas eles têm sua principal desvantagem no rápida degradação que sofrem com os ciclos de carga e descarga, o que se traduz em uma vida útil curta. Engenheiros da Drexel University fizeram uma descoberta ao aproveitar uma fase química rara de enxofre para evitar as reações químicas nocivas que os decompõem.
O Tecnologia de bateria Li-S É uma das mais promissoras atualmente devido às suas vantagens técnicas, econômicas e ambientais. Ele enxofre é abundante e sua cadeia de suprimentos é menos problemática do que a do cobalto, manganês e níquel usados nas baterias atuais. No caso dos veículos elétricos, sua maior capacidade energética e menor custo poderiam ajudar a diminuir a diferença de preço e autonomia em relação aos modelos a combustão.
Ao contrário das baterias de íons de lítio, no entanto, a reação química que ocorre dentro das baterias de enxofre leva à acúmulo de sulfeto de lítio sólido e polissulfeto de lítio líquido. À medida que a bateria carrega e descarrega, eles chegam ao eletrólito, a solução que carrega a carga entre o ânodo e o cátodo, onde desencadeiam reações químicas que comprometem a capacidade e a vida útil da bateria. provocar uma perda de material ativo no cátodo de enxofre (eletrodo negativo) e o corrosão do ânodo de lítio (eletrodo positivo).
Uma solução que teve algum sucesso foi mudar o eletrólito de carbonato para um eletrólito de éter, que não reage com polissulfetos. Mas apresenta outros problemas, pois o próprio eletrólito de éter é altamente volátil e contém componentes com pontos de ebulição baixos, o que significa que a bateria pode falhar ou derreter rapidamente se ficar mais quente que a temperatura ambiente.
A pesquisa realizada pelo Cientistas da Universidade de Drexel na Filadélfia, EUA, publicado na revista Communication Chemistry , tem trabalhado seguindo outra estratégia. Sua solução é baseada na projeto de um novo cátodo que pode trabalhar com eletrólitos de carbonato que já estão em uso comercial. Este cátodo é feito de nanofibras de carbono e demonstrou retardar o movimento de polissulfetos em um eletrólito de éter. “Um cátodo que funciona com o eletrólito de carbonato que já está em uso é o caminho de menor resistência para os fabricantes”, diz Vibha Kalra, pesquisador principal. “Em vez de pressionar a indústria a adotar um novo eletrólito, nosso objetivo era fazer um cátodo que pudesse funcionar no sistema de eletrólito de íon-lítio existente.”
Usando uma técnica chamada arranjo de vapor, os cientistas tentaram confinar o enxofre na malha de nanofibras de carbono para evitar reações químicas perigosas. No entanto, eles não alcançaram o efeito desejado. Na realidade enxofre cristalizado de forma inesperada transformando-o em enxofre monoclínico na fase gama, uma forma ligeiramente alterada do elemento. Essa fase química do enxofre só havia sido produzida em altas temperaturas em laboratório ou observada em poços de petróleo na natureza. o melhor é isso não reage com o eletrólito carbonato, o que elimina o risco de formação de polissulfeto.
Como Rahul Pai, coautor da pesquisa, explica: “No início, era difícil acreditar que era isso que estávamos detectando, porque em todas as pesquisas anteriores, o enxofre monoclínico era instável abaixo de 95 °C. No século passado , houve apenas um punhado de estudos que produziram enxofre gama monoclínico, e só permaneceu estável por 20 a 30 minutos no máximo”, acrescenta. Os cientistas encontraram um cátodo capaz de experimentar milhares de ciclos de carga e descarga sem diminuir seu desempenho. “Um ano depois, nosso exame mostra que a fase química permaneceu a mesma.”
O cátodo permaneceu estável durante um ano de testes e 4.000 ciclos de carga e descarga., que, segundo os cientistas, equivale a 10 anos de uso regular. A bateria protótipo utilizada no laboratório ofereceu triplicar a capacidade de uma bateria de íon de lítio padrão que implementado em um veículo elétrico multiplicaria significativamente sua autonomia a cada carga.
“Embora ainda estejamos trabalhando para entender o mecanismo exato por trás da criação desse enxofre monoclínico estável à temperatura ambiente, esta é uma descoberta empolgante que pode abrir as portas para o desenvolvimento de uma tecnologia de bateria mais sustentável e acessível”, garante Kalra.