Baterias à base de flúor podem durar 8 vezes mais do que as usadas hoje

• Imagine carregar seu laptop e telefone apenas duas vezes por mês.
• Baterias baseadas em íon de carga negativa de flúor podem tornar isso possível.
• Pela primeira vez, os pesquisadores criaram uma bateria recarregável à base de flúor que funciona adequadamente em temperatura ambiente.

A busca por baterias que ofereçam alta densidade de energia necessária para atender aos requisitos dos dispositivos modernos está aumentando continuamente. A densidade de energia depende do número de elétrons transmitidos em uma reação, a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo, o volume da célula e a constante de Faraday.

Mantendo todos esses fatores em mente, os pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia desenvolveram um novo método de fabricação de baterias recarregáveis ​​com base em flúor - um íon de flúor com carga negativa.

A tecnologia tem o potencial de eliminar a necessidade de carregar seu laptop ou telefone todos os dias. Na verdade, ele poderia reduzir essa necessidade para apenas duas vezes por mês. Como a densidade de energia nas baterias de flúor é relativamente maior do que nas baterias de íon de lítio, ela pode funcionar até 8 vezes mais. No entanto, eles são extremamente reativos, corrosivos e desafiadores para trabalhar.

Baterias de flúor pesquisáveis ​​

Esta não é a primeira vez que alguém faz experiências com baterias de flúor. Na década de 1970, os cientistas tentaram desenvolver baterias recarregáveis ​​à base de flúor usando módulos sólidos. Mas, uma vez que as baterias de estado sólido requerem altas temperaturas para funcionar corretamente, elas não podem ser usadas para fins diários.

Agora, os pesquisadores descobriram uma maneira de fazer essas baterias funcionarem em temperatura ambiente, usando módulos líquidos. Eles foram capazes de fazer a primeira bateria recarregável à base de flúor que funciona adequadamente em temperatura ambiente.

A bateria fornece correntes elétricas derivando íons entre o eletrodo catodo (positivo) e anodo (negativo). Em uma solução líquida (usada em baterias de lítio), os íons derivam mais facilmente em temperatura ambiente.

Referência:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aat7070 | Caltech

Enquanto as baterias de lítio usam íons positivos (cátions), a bateria de flúor desenvolvida nesta pesquisa carrega uma carga negativa (ânions). Existem várias vantagens de usar ânions em baterias, mas elas têm seus próprios desafios.

Carregar átomos viajando entre o ânodo e o cátodo com a ajuda de uma solução de eletrólito líquido | Crédito:Brett Savoie / Purdue University

Para fazer as baterias durarem mais, é necessário mover um grande número de íons. Mover íons de carga positiva (cátions) é bastante difícil, mas um resultado semelhante pode ser obtido movendo íons negativos (ânions), que viajam com relativa facilidade. O principal desafio desse mecanismo é fazer o sistema funcionar na tensão adequada.

Resultados

Neste estudo, os pesquisadores mostraram que as reações de conversão de fluoreto multivalente têm altos potenciais de reação termodinâmica (maiores que 3 volts) e capacidades volumétricas (maiores que 1000 Ah / litro). Portanto, as baterias de flúor fornecem densidades de energia teóricas de até 5000 Wh / litro, pelo menos 8 vezes os valores teóricos das tecnologias de íon de lítio existentes.

O principal componente que faz as baterias de fluoreto operarem adequadamente em um líquido (em vez de um sólido) é um eletrólito líquido denominado bis (2,2,2-trifluoroetil) éter, (BTFE para abreviar). Ele mantém o íon de flúor estável para que possa mover facilmente os elétrons para a frente e para trás na bateria.

Íon fluoreto (rosa) rodeado por moléculas de BTFE | Crédito:Brett Savoie / Purdue University

Mas por que essa solução funcionou; qual característica do BTFE estava estabilizando o flúor? Para encontrar a resposta, os pesquisadores recorreram a simulações de computador. Eles alteraram a solução BTFE e descobriram que é possível melhorar sua estabilidade e desempenho modificando-a com aditivos.

Leia:As baterias de íons de magnésio são mais eficientes e seguras do que as de lítio

Os resultados mostram que os pesquisadores descobriram uma técnica interessante de desenvolvimento de baterias mais duradouras. Não será incorreto dizer que as baterias de flúor estão voltando.