A equipe de pesquisa liderada pelo professor Hu Linhua, do Instituto de Ciências Físicas de Hefei da Academia Chinesa de Ciências, alcançou um importante avanço científico ao utilizar ureia como agente solubilizante pró-zinco e o econômico e ecológico sal de acetato de zinco (Zn(Ac)₂) como matéria-prima, desenvolvendo com sucesso um eletrólito de hidrogel altamente durável para baterias aquosas de íons de zinco (AZIB). Os resultados foram publicados recentemente na Angewandte Chemie International Edition.
O novo hidrogel apresenta desempenho excepcional, suportando 557% de alongamento e resistência à compressão de 3,7 MPa. Durante o funcionamento das AZIBs, a interface de eletrólito sólido de poliúrea formada in situ (SEI) permite uma deposição/remoção de zinco estável, sem formação de dendritos ou passivação. Segundo o pesquisador Li Zhaoqian, o método supera as limitações comuns do baixo custo do acetato de zinco, tornando o material mais resistente ao desgaste e capaz de suportar repetidos processos de deposição e remoção de zinco, bem como outros estresses físicos, resultando em durabilidade significativamente aprimorada.
As baterias aquosas de íons de zinco enfrentam há muito tempo desafios como vazamento de eletrólito e corrosão dos eletrodos. Embora os eletrólitos quase sólidos apresentem boa estabilidade e flexibilidade, ainda possuem deficiências quanto ao custo-benefício, sustentabilidade ambiental e resistência à fadiga. O acetato de zinco, apesar de barato e ecológico, apresenta baixa solubilidade, o que limita a capacidade e o desempenho da bateria.
Para resolver esses problemas, os pesquisadores adotaram uma nova estratégia baseada no efeito de “salting-out”. Ao remover a camada de hidratação ao redor das cadeias poliméricas, aumenta-se a solubilidade do acetato de zinco e fortalece-se a estrutura da rede, melhorando assim a resistência à fadiga. Isso permite que o eletrólito suporte melhor ciclos eletroquímicos repetidos e deformações mecânicas externas. Durante a operação da bateria, a formação natural de uma camada protetora no eletrodo aumenta a estabilidade global da interface. As baterias demonstraram excelente desempenho; mesmo após muitos ciclos, as células flexíveis tipo pouch mantiveram boa capacidade e estabilidade. Sua elevada flexibilidade permite manter tensão estável mesmo quando dobradas, tornando-as ideais para dispositivos portáteis e vestíveis. O Dr. Li Zhaoqian afirmou que as células flexíveis tipo pouch mantêm tensão estável mesmo quando dobradas a 180°, evidenciando seu potencial para eletrônicos portáteis e wearables.
Além disso, os pesquisadores avaliaram o desempenho de taxa e o comportamento de autodescarga das baterias. A bateria Zn//NH₄V₄O₁₀ com eletrólito USPH-5 manteve excelente capacidade após repetidos ciclos e demonstrou forte capacidade de descarga após longos períodos de repouso, enquanto as baterias sem esse eletrólito apresentaram grande perda de capacidade. Isso demonstra que o novo material de eletrólito melhora significativamente o desempenho geral e a capacidade de retenção a longo prazo.
Esse estudo não apenas supera a limitação de solubilidade de sais nas AZIBs quase sólidas, como também oferece uma estratégia de controle expansível aplicável a outros ânodos metálicos, com potencial para impulsionar o desenvolvimento de baterias de baixo custo, ecológicas e de alto desempenho.
