Baterias Baseadas em Flúor Oferecem Até 8x Mais Duração Que Padrões Atuais

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

Baterias de Flúor Recarregáveis

Esta não é a primeira vez que alguém experimenta baterias de flúor. Nos anos 1970, cientistas tentaram desenvolver baterias recarregáveis baseadas em flúor usando módulos sólidos. Mas como baterias de estado sólido requerem altas temperaturas para operar corretamente, não podem ser usadas para fins diários.

Agora, pesquisadores descobriram uma maneira de fazer essas baterias funcionarem em temperatura ambiente, usando módulos líquidos. Conseguiram fazer a primeira bateria recarregável baseada em flúor que funciona corretamente em temperatura ambiente.

A bateria fornece correntes elétricas pela deriva de íons entre o cátodo (positivo) e o ânodo (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 baterias de lítio usam íons positivos (cátions), a bateria de flúor desenvolvida nesta pesquisa carrega carga negativa (ânions). Existem várias vantagens em usar ânions em baterias, mas elas têm seus próprios desafios.

Átomos de carga viajando entre ânodo e cátodo com ajuda de solução eletrolítica líquida | Crédito: Brett Savoie/Purdue University

Para fazer baterias durarem mais, é preciso mover grande número de íons. Mover íons carregados positivamente (cátions) é bastante difícil, mas um resultado semelhante pode ser obtido movendo íons negativos (ânions), que viajam com relativa facilidade. O principal desafio com este mecanismo é fazer o sistema funcionar em voltagem adequada.

Resultados

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

O componente-chave que fez as baterias de flúor operarem corretamente em líquido (em vez de sólido) é um líquido eletrolítico chamado bis(2,2,2-trifluoroetil)éter (BTFE, para abreviar). Ele mantém o íon flúor estável para que possa mover elétrons de ida e volta na bateria facilmente.

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

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

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Os resultados mostram que os pesquisadores desbloquearam uma técnica interessante de desenvolver baterias mais duradouras. Não seria incorreto dizer que baterias de flúor estão voltando com força.