Pesquisadores da Universidade de Stanford alcançaram novos avanços no campo de materiais para baterias à base de ferro. Uma equipe interdisciplinar liderada pelos doutorandos Hari Ramachandran, Edward Mu e Edel Lomeli desenvolveu com sucesso um material de bateria à base de ferro capaz de atingir estados de energia mais elevados. Os resultados da pesquisa foram recentemente publicados na revista Nature Materials.

A equipe é composta por 23 cientistas de três universidades dos Estados Unidos, quatro laboratórios nacionais e instituições de pesquisa do Japão e da Coreia do Sul. Com base na teoria proposta em 2018 pelo ex-aluno de Stanford William Ghent, eles utilizaram um método de solução cuidadosamente projetado para cultivar minúsculos cristais com diâmetro de apenas 300-400 nanômetros. Esse design permite que o material de bateria à base de ferro perca e recupere reversivelmente cinco elétrons durante os ciclos de carga e descarga, mantendo a estabilidade da estrutura cristalina. Lomeli confirmou por meio de modelagem espectral: “Os átomos nesse material, dispostos de forma extremamente ordenada, comportam-se como um único conjunto.”

A aplicação mais direta dessa descoberta em materiais de bateria à base de ferro é no campo das baterias de íon-lítio. Os pesquisadores utilizaram materiais de cátodo compostos de lítio, ferro, antimônio e oxigênio, que, em testes iniciais realizados no centro de baterias da Stanford University em parceria com o SLAC National Accelerator Laboratory, demonstraram características de alta voltagem estáveis. Ramachandran afirma: “Os cátodos de ferro de alta voltagem permitem evitar o tradicional trade-off entre alta tensão e metais de alto custo presentes em cátodos anteriores.”

Além do armazenamento de energia, os resultados desta pesquisa sobre materiais de bateria à base de ferro podem impulsionar o desenvolvimento de equipamentos de ressonância magnética e tecnologias de levitação magnética. Trabalhando em colaboração com vários laboratórios nacionais dos EUA, a equipe utilizou técnicas de análise por raios-X e feixes de nêutrons para observar que esse nanomaterial adapta-se às mudanças estruturais durante os ciclos de carga e descarga por meio de leves curvaturas, mantendo sua integridade. Atualmente, a equipe de pesquisa está buscando materiais substitutos para o antimônio, com o objetivo de levar este material de bateria à base de ferro para aplicações comerciais.