Estudo realizado no Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) mostrou que a adição de um cristal líquido iônico a um solvente amplamente usado como eletrólito de baterias de lítio-metal torna o composto mais estável quimicamente, além de melhorar a sua condutividade iônica. Com essas propriedades, o eletrólito aditivado se mostra promissor para compor baterias mais duráveis, mais seguras e de melhor desempenho.
O CINE é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por Fapesp e Shell na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), na Universidade de São Paulo (USP) e no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen).
Desenvolver eletrólitos mais estáveis é um dos grandes desafios da pesquisa em baterias, principalmente com relação às baterias de lítio-metal. Ainda em desenvolvimento, essa tecnologia, que inclui, por exemplo, as baterias de lítio-oxigênio, é capaz de superar amplamente a tecnologia de íons de lítio, a mais usada atualmente, quanto à quantidade de energia que consegue armazenar. Porém, ela esbarra na instabilidade do eletrólito.
O eletrólito de uma bateria é o componente que está em contato com os dois eletrodos. Muitas vezes, como no caso deste estudo do CINE, trata-se de uma solução líquida formada por um solvente e sais. A sua função principal é fornecer ativamente o caminho para que os íons se desloquem entre os eletrodos transportando cargas elétricas, processo essencial à carga e descarga da bateria. Por isso, os eletrólitos de baterias precisam ser bons condutores iônicos, além de quimicamente estáveis.
A baixa estabilidade química torna o eletrólito mais suscetível a formar compostos indesejados e às vezes tóxicos, que podem danificar outros componentes da bateria, vazar ou provocar seu aquecimento ou explosão.
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“Um exemplo de eletrólitos que formam componentes indesejados é quando observamos uma bateria com um certo tempo de uso e ela aparenta estar dilatada ou inchada”, explica Tuanan Lourenço, bolsista de pós-doutorado no Instituto de Química de São Carlos da USP e responsável pela investigação. Os resultados foram publicados no Journal of Materials Chemistry A.
Estabilidade
No artigo, os autores relatam a investigação das propriedades de um eletrólito baseado no solvente orgânico DMSO, frequentemente usado em baterias de lítio-metal, aditivado com um cristal líquido iônico baseado no composto orgânico imidazol. Cristais líquidos iônicos são sais que se assemelham aos líquidos iônicos por se apresentarem em estado líquido em temperatura ambiente, mas diferem deles por exibirem fases sólidas cristalinas.
“Com os experimentos, nós observamos o que está acontecendo com o sistema de uma maneira macroscópica e avaliamos as propriedades para a matéria como ela é, já que não estamos utilizando nenhum modelo para representar o sistema”, explica Lourenço. “Já com as simulações computacionais, nós podemos obter as informações mais detalhadas de um ponto de vista atomístico, observando como os átomos estão organizados, como estão interagindo.”
O trabalho mostrou que a adição do cristal líquido iônico em determinada medida aumenta tanto a estabilidade química quanto a condutividade do eletrólito. “Em termos práticos, se temos maior estabilidade química e condutividade, temos um eletrólito com uma melhor performance e podemos talvez ter uma bateria com uma performance superior”, resume o pesquisador.
