Celulares, notebooks, marca-passos, câmeras fotográficas e carros elétricos são alguns dos equipamentos que dependem das baterias de íon de lítio para funcionar. Elas são tão imprescindíveis à vida moderna que seus inventores, o japonês Akira Yoshino, o norte-americano John B. Goognough e o britânico M. Santley Whttingham, ganharam o Nobel de Química, há dois anos, em reconhecimento à importância do dispositivo. Contudo, elas apresentam alguns problemas, como risco potencial de incêndio e perda de desempenho em temperaturas baixas.
Somado a isso está o impacto ambiental: as baterias de íon de lítio são um dos principais componentes do lixo eletrônico. Agora, pesquisadores do Departamento de Eletroquímica da Universidade de São Petersburgo, na Rússia, sintetizaram um plástico para a confecção de um tipo de bateria que carrega 10 vezes mais rápido que a tradicional. Nos testes, o material demonstrou alta capacidade elétrica em uma ampla faixa de temperatura, mesmo as mais baixas.
Segundo Oleg Levin, que liderou a equipe de cientistas, há algum tempo os pesquisadores estudam polímeros que usam compostos chamados nitroxil de oxirredução ativos para armazenar energia eletroquímica. Eles são caracterizados por uma alta densidade de energia e de velocidade de carga e descarga, ou seja, permitiriam que uma bateria durasse bastante tempo e fosse carregada rapidamente. Porém, embora teoricamente promissora, a abordagem esbarra em uma dificuldade: a condutividade elétrica insuficiente. Mesmo com aditivos altamente condutores, como o carbono, a bateria não consegue coletar carga em quantidade significativa.
Dos vários tipos de polímero testados ao longo de três anos, a equipe chegou a um considerado suficientemente estável e eficiente. A cadeia principal do novo composto é formada por complexos de níquel com ligantes salen (NiSalen). Um radical livre estável, capaz de rápida oxidação e redução (carga e descarga), foi integrado à cadeia principal por meio de ligações covalentes. As moléculas desse plástico ligam-se ao nitroxil e agem como condutores elétricos, garantindo alta capacidade elétrica, além da rapidez no carregamento. “Esse composto pode ser usado como uma camada protetora para cobrir o cabo condutor principal da bateria, que de outra forma seria feito dos materiais da bateria de íon de lítio tradicionais. Em segundo lugar, ele pode ser usado como um componente ativo de materiais de armazenamento de energia eletroquímica”, detalha Levin.
10 vezes mais rápido
Segundo o cientista, uma bateria fabricada com polímero carrega em segundos, cerca de 10 vezes mais rápido do que o dispositivo tradicional, de íon de lítio. “Isso já foi demonstrado por meio de uma série de experimentos”, afirma. “No entanto, nessa fase, a bateria ainda fica atrás da comum em termos de capacidade de armazenamento. É de 30% a 40% menor que a das baterias de íon de lítio. Atualmente, estamos trabalhando para melhorar esse indicador mantendo a taxa de descarga de carga.”
O cátodo da bateria (eletrodo positivo) já está pronto, de acordo com Levin. “Agora, precisamos do eletrodo negativo, o ânodo. Na verdade, não precisamos criá-lo do zero, ele pode ser selecionado a partir dos existentes. Emparelhados, eles formarão um sistema que, em algumas áreas, pode, em breve, substituir as baterias de íon de lítio.”
Uma das vantagens, diz o químico, é que a nova bateria de plástico não perde desempenho em baixas temperaturas, diferentemente da tradicional. “Ela também será uma excelente opção quando o carregamento rápido é crucial. É segura de usar. Não há nada que possa representar um risco de combustão, ao contrário das baterias à base de cobalto, que são amplamente difundidas hoje. Ela também contém significativamente menos metais que podem causar danos ambientais. O níquel está presente em nosso polímero em uma pequena quantidade, mas há muito menos do que nas baterias de íon de lítio”, detalha.