Pesquisadores criam baterias de íon de magnésio que não explodem

Hoje em dia, apenas uma coisa que ameaça muitas pessoas sobre as baterias de íons de lítio é que elas são usadas em uma variedade de dispositivos eletrônicos e podem explodir porque abrigam eletrólito líquido. No entanto, agora um grupo de cientistas descobriu uma maneira de desenvolver baterias de íon de magnésio que não explodem.

Pesquisadores criam baterias de íon de magnésio que não explodem

A tecnologia evolui em um ritmo incrível, mas em sua essência, é um elemento essencial: a energia. A extração de energia não é a única coisa necessária, mas também no mundo moderno é crucial desenvolver onde a energia é armazenada. As baterias, desta forma, ganham importância e relevância nunca antes imaginadas.

O futuro pode não passar pelos íons de lítio e também pode não passar pelos íons de sódio. Segundo especialistas, o santo graal das baterias são os íons de magnésio. E, ao que parece, é um passo mais perto de ser real.

Bateria de íon de magnésio de estado sólido = desempenho e segurança

Uma equipe de cientistas do Departamento de Energia (DOE) do Joint Center for Energy Storage Research (JCESR) descobriu o condutor de estado sólido mais rápido de íons de magnésio, um passo importante na produção de baterias de íons de magnésio de estado sólido, o que torna possível fabricar baterias de alta densidade e de alta segurança.

O eletrólito, que transporta a carga entre o cátodo e o ânodo da bateria, é um líquido em todas as baterias comerciais, o que as torna potencialmente inflamáveis, especialmente nas baterias de íon-lítio. Um condutor de estado sólido, que tem potencial para se tornar um eletrólito, seria muito mais resistente ao fogo.

Pesquisadores do DOE do Joint Center for Energy Storage Research, em conjunto com o Argonne National Laboratory, nos Estados Unidos, trabalharam em uma bateria de magnésio, que oferece maior densidade de energia que o lítio, mas foi bloqueada pela escassez de boas opções para um eletrólito líquido , a maioria dos quais tende a ser corrosivo contra outras partes da bateria.

“O magnésio é uma tecnologia tão nova que não possui eletrólitos líquidos bons. Então pensamos, por que não pular e fazer um eletrólito de estado sólido?” Disse Gerbrand Ceder, cientista sênior do Berkeley Lab.

O material que foi apresentado, espinélio de seleneto de magnésio escândio, tem mobilidade de magnésio comparável aos eletrólitos de estado sólido existentes para baterias de lítio. Os resultados foram relatados na Nature Communications, em um artigo intitulado “Mobility high magnésio content chalcogenides of espinel ternary”.

O DOE Innovation Center patrocinou o estudo e os principais autores são Pieremanue Canepa e Shou-Hang Bo, pesquisadores do Berkeley Lab.

“Com a ajuda de um esforço conjunto que reúne metodologias computacionais da ciência dos materiais, síntese e uma variedade de técnicas de caracterização, identificamos uma nova classe de condutores sólidos que podem transportar íons de magnésio a uma taxa sem precedentes”, disse um dos principais pesquisadores desta tecnologia, Pieremanuele Canepa.

Colaboração entre MIT e Argonne

A equipe de pesquisa também incluiu cientistas do MIT que trouxeram recursos computacionais. O Laboratório Nacional de Argonne forneceu a confirmação (experimental) chave do material espinélio de seleneto de magnésio escândio para documentar sua estrutura e função.

O co-autor Baris Key, um químico pesquisador em Argonne, realizou espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). Esses testes foram os primeiros passos para provar experimentalmente que os íons de magnésio podiam se mover pelo material tão rapidamente quanto os estudos teóricos haviam previsto.

A ressonância magnética nuclear é semelhante à ressonância magnética (MRI), que é comumente usada em ambientes médicos, onde mostra átomos de hidrogênio da água nos músculos humanos, nervos, tecido adiposo e outras substâncias biológicas. Os pesquisadores também podem ajustar a frequência de RMN para detectar outros elementos, incluindo os íons de lítio ou magnésio encontrados em materiais de bateria.

Os dados de RMN do material de seleneto de magnésio escândio, no entanto, envolveram material de estrutura desconhecida com propriedades complexas, tornando-os difíceis de interpretar.

Os pesquisadores tiveram muitas dificuldades na pesquisa porque os materiais são tão novos que os protocolos são basicamente inexistentes. Eles também observaram que essas descobertas só foram possíveis combinando uma abordagem multitécnica ao usar tais medições de ressonância magnética de estado sólido e síncrotron, bem como caracterização eletroquímica convencional.

O síncrotron é um acelerador de partículas cíclico, no qual um campo elétrico é responsável pela aceleração das partículas e um campo magnético é responsável pela mudança de direção das partículas.

A equipe planeja desenvolver mais trabalho para usar o driver em uma bateria. “Isso provavelmente tem um longo caminho a percorrer antes que possamos fazer uma bateria, mas é a primeira demonstração de que podemos fazer materiais sólidos com boa mobilidade de magnésio por esse caminho. Acredita-se que o magnésio se mova lentamente na maioria dos sólidos, então ninguém pensou que isso seria possível”, afirmou o referido pesquisador Ceder.

Shou-Hang Bo, agora professor adjunto da Universidade Jiao Tong em Xangai, disse que a descoberta pode ter um efeito dramático na paisagem energética. “Este trabalho reuniu uma excelente equipe de cientistas de várias disciplinas científicas e deu a primeira facada no formidável desafio de construir uma bateria de magnésio de estado sólido”, disse ele. “Embora esteja em sua infância, essa tecnologia emergente pode ter um impacto transformador no armazenamento de energia em um futuro próximo.”

No entanto, ainda são necessários grandes esforços industriais para transformar essa pesquisa em uma bateria de estado sólido. Claro que esse nível de desenvolvimento é visto como o Santo Graal das baterias, pois traz desempenho e segurança, tudo o que se busca em uma bateria moderna.

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