Imagine uma bateria de celular que pode ser recarregada com carga para uma semana em apenas 15 minutos. Esta bateria "dos sonhos" pode estar bem perto da realidade graças as pesquisas realizadas na Northwestern University.
Uma equipe de engenheiros criou um eletrodo para baterias de Lítio-Ion recarregáveis que permite armazenar uma carga até 10 vezes maior do que as baterias atuais de mesma tecnologia. Além disso, os eletrodos podem armazenar sua carga até 10 vezes mais rápido.
O que os pesquisadores fizeram foi combinar duas abordagens químicas de modo a resolver os dois problemas principais das baterias atuais? Carga e tempo de recarga. Acredita-se que as baterias usando esta tecnologia possam estar disponíveis no mercado dentro de 3 a 5 anos.
O prof. Kung, um dos criadores da nova tecnologia, é professor de engenharia química e biológic na McCormick School of Engineering and Applied Science.
A idéia básica da tecnologia é a seguinte: as baterias comuns carregam-se através de uma reação química na qual os íons de lítio são enviados aos dois extremos da bateria, o anodo e o catodo. Quando a energia é usada, os íons deslocam-se do anodo para o catodo através do eletrodo e na recarga no sentido inverso.
O desempenho da bateria é limitado de duas maneiras. A capacidade pela densidade das cargas ou quantos íons podem ser armazenados no catodo enquanto que a capacidade é limitada pela velocidade com que os íons podem se deslocar através do eletrólito.
Nas baterias atuais o anodo é feito de camadas sobre camadas de folhas de grafene (uma forma de carbono) de modo que cada átomo de lítio em cada seis de carbono pode armazenar um íon. Já se tentou substituir o lítio pelo silício que pode acomodar mais íons: quatro para cada átomo, mas o silício expande e contrai intensamente na recarga fragmentando-se e perdendo a carga rapidamente.
A velocidade da carga atualmente é determinada pela forma das folhas de grafene que são extremamente finas mas muito longas. Isso significa que os íons têm um percurso longo a percorrer para chegar às extremidades das folhas afetando o processo de recarga.
Para combater estes problemas a equipe do prof Kung. Usou duas técnicas. Primeiro, utilizou o silício de modo a manter o máximo de capacidade de carga, colocando-o entre folhas de grafene. Com isso, mais íons são armazenados por átomo. A flexibilidade do grafene impede a fragmentação do silício com as alterações de volume com o uso.
Em segundo lugar ele usou um processo de oxidação para criar minúsculos furos (10 a 20 nanômetros) nas folhas de grafene de modo a permite que os íons os utilize para chegar mais rápido ao anodo. Com isso a carga pode ser até 10 vezes mais rápido.
Mais informações podem ser obtidas em inglês no documento: "In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries." Outor sautores do documento são Xin Zhao, Cary M. Hayner e Mayfair C. Kung, todos da Northwestern.
