Pesquisadores da Universidade de Tohoku fizeram um avanço revolucionário na tecnologia de baterias ao desenvolver um novo material catódico para baterias recarregáveis de magnésio, que permite carga e descarga eficientes mesmo em baixas temperaturas.
Detalhes dos resultados foram publicados no Journal of Materials Chemistry A.
Os cientistas estudaram materiais chamados DRX, compostos por diferentes elementos químicos (incluindo lítio, cromo, manganês, ferro, zinco e molibdênio), para uso como eletrodos em baterias à base de magnésio (RMBs). Essas baterias têm várias vantagens potenciais sobre as baterias de íon-lítio, mas a pesquisa ainda está em estágio inicial.
Descarga de íons de magnésio de uma estrutura cristalina de sal
Um dos principais problemas foi entender como inserir e remover o magnésio do eletrodo de forma reversível (ou seja, recarregável). Os materiais DRX com estrutura salina (semelhante ao sal-gema) têm atraído particular interesse.
O problema foi resolvido seguindo um conjunto de técnicas avançadas como:
- Criação de espaços vazios (vagas) na estrutura cristalina: Ao introduzir o lítio na composição inicial do DRX, após a sua extração são criados os “lugares vazios” necessários à movimentação do magnésio.
- Controlar o estado de oxidação (carga) de outros metais: Isto é importante para equilibrar as cargas elétricas durante a inserção e extração de magnésio.
- Aumentando a difusão do magnésio: A presença do lítio promove a difusão dos íons magnésio dentro da estrutura.
Isto representa o primeiro uso de óxido de rocha como material catódico para RMBs. A estratégia de alta entropia empregada pelos pesquisadores permitiu que os defeitos catiônicos ativassem o cátodo de óxido de rocha.
Até agora, eram necessárias altas temperaturas para aumentar a mobilidade do Mg em materiais catódicos convencionais, como aqueles com estrutura de espinélio. O material apresentado por pesquisadores da Universidade de Tohoku funciona eficientemente a apenas 90°C, demonstrando uma redução significativa na temperatura operacional necessária e, portanto, tornando o Magnésio um material que pode ser usado com lucro no cátodo.
O que isso significa na prática
Tomoya Kawaguchi, professor do Instituto de Pesquisa de Materiais (IMR) da Universidade de Tohoku, destaca as implicações mais amplas do estudo.
O professor disse: “ O lítio é escasso e distribuído de forma desigual, enquanto o magnésio está disponível em abundância e oferece uma alternativa mais sustentável e econômica para baterias de íon-lítio. As baterias de magnésio, com o material catódico recentemente desenvolvido, deverão desempenhar um papel central em diversas aplicações, incluindo armazenamento em rede, veículos elétricos e dispositivos eletrónicos portáteis, contribuindo para a mudança global em direção às energias renováveis e à redução da pegada de carbono .”
Além disso, o magnésio também é muito mais fácil de reciclar e causa muito menos problemas de poluição ambiental do que o lítio. O magnésio, por exemplo, é comumente encontrado no sal marinho.
Em última análise, a descoberta representa um importante passo em frente na procura de soluções de armazenamento de energia eficientes e amigas do ambiente.
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