Bateria de alumínio-grafeno com carregamento de 5 segundos funciona de –40°C a 120°C, 250.000 ciclos

• Os engenheiros criaram uma nova bateria que funciona em uma faixa de temperatura de -40 °C a 120 °C e pode ser carregada em cinco segundos. 
• Ele pode reter 91% de sua capacidade após 250.000 ciclos de carga e descarga. 
• A bateria é extremamente flexível, suportando 10.000 dobras. 

Engenheiros da Universidade de Zhejiang, na China, desenvolveram uma bateria de grafeno de alumínio ultrarrápida, resistente a todos os climas e de ciclo longo, que apresenta desempenho superior, especialmente em termos de tempo de carregamento. Assim que a produção comercial começar, a bateria poderá ser totalmente carregada em 5 segundos e durar duas horas.

Os pesquisadores de materiais e engenharia que desenvolveram a bateria afirmam que ela é mais resistente ao frio, menos inflamável e pode funcionar em uma faixa de temperatura de -40°C a 120°C. No entanto, poucos especialistas do setor lançaram olhares duvidosos sobre essas afirmações.

O pólo negativo da bateria é feito de alumínio e o pólo positivo de grafeno. É capaz de reter 91% da sua capacidade após um quarto de milhão de ciclos de carga e descarga – muito melhor do que a bateria de lítio atual. Ele foi construído para dispositivos de energia para todos os climas e tem flexibilidade notável, suportando 10.000 vezes de dobramento.

Se integrado a smartphones, pode ser carregado em 5 segundos e usado por até duas horas. Além disso, a bateria dura até 70 anos sem perder capacidade, mesmo que o telefone seja carregado 10 vezes por dia.

Design And Performance

Para construir o material catódico da bateria de íons de alumínio, eles escolheram grafite, grafeno, enxofre e sulfeto metálico. O carbono grafítico oferece recursos como carregamento rápido e ciclismo estável. Para esse cátodo à base de carbono, os engenheiros cuidaram de 4 requisitos –

1. Highly crystallized graphene lattice.
2. Matriz condutora de elétrons contínua para transporte de grandes correntes e mitigação de polarização interna.
3. Alta resistência mecânica e módulo de Young para evitar o colapso do material.
4. Canais interconectados, facilitando alta permeabilidade eletrolítica e difusão de íons.

Para atender a esses requisitos, eles construíram um filme de grafeno ideal fabricado por solução de cristal líquido de óxido de grafeno (GO) por fiação úmida ou revestimento fundido em filme GO, seguido por redução química para formar filme GO reduzido (rGO) e recozimento em alta temperatura.



Uma folha de grafeno perfeitamente alinhada leva a maiores condutividade elétrica e propriedades mecânicas do que as espumas de grafeno compostas por folhas de grafeno não orientadas. O filme rGO foi posteriormente recozido a 2.850 graus Celsius para restaurar defeitos atômicos, convertendo-se em um filme de grafeno longo e contínuo.

O desempenho de uma bateria depende principalmente do estado da rapidez com que os elétrons e íons correm entre os eletrodos negativos e positivos. O material do eletrodo deve permitir que tantos elétrons e íons circulem livremente quanto possível. Se a estrada estiver superlotada, o desempenho será afetado. That’s the reason one needs to take care of quality, orientation and porosity of microstructures. E redes condutoras, canais de transporte iônico e canais iônicos em uma macroestrutura.

Referência:Sciencemag | DOI:10.1126/sciadv.aao7233 | Universidade de Zhejiang

Este princípio de design permite que a bateria de alumínio-grafeno dê um grande passo em frente e ofereça um desempenho surpreendente. Anteriormente, a capacidade da bateria de alumínio oscilava em torno de 60mAh/g, com ciclo de carga-descarga inferior a milhares de vezes.

Battery lighted the ZJU-120 LED | Image credit:Zhejiang University

Após o teste, a capacidade do eletrodo positivo de grafeno de 120mAh/g, após 25 milhões de ciclos de carga-descarga, ainda manteve a capacidade de 91 por cento. Ao mesmo tempo, o carregamento rápido pode ser preenchido em 1,1 segundos, mantendo a capacidade reversível de 111mAh/g.

Alguns especialistas não ficam fascinados pelas descobertas

De acordo com um especialista do setor, Zheng Jiatu, vice-diretor-gerente da China Electric Vehicle Charging Technology, os resultados publicados pela equipe não parecem promissores. “Os números devem ser lidos com cautela”, mesmo testar um ciclo de carga-descarga de um quarto de milhão levaria muito tempo. É mais provável que esses resultados sejam experimentos realizados em um modelo de dados simulado, em vez de testes de protótipo.

Além disso, a comercialização exigiria diversas coisas que não estão claras. Alguns dos fatores-chave incluem desempenho de custos, tipo específico de intensidade energética da bateria, segurança, confiabilidade e um modelo de negócios maduro. Existem muitas outras tecnologias comprovadas e prontas que ainda não foram comercializadas.

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No entanto, disse a equipe de pesquisa, eles ainda têm um longo caminho a percorrer, com inúmeros obstáculos a superar. Eles acreditam que a “super” bateria é muito melhor do que as baterias de íon de lítio, mas ainda há muitas coisas que precisam ser melhoradas. Além disso, o eletrólito líquido iônico convencional é bastante caro. Se for possível encontrar eletrólitos mais baratos, as oportunidades de negócios para baterias de íon de alumínio seriam mais amplas.