Pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) desenvolveram um eletrólito de subsolvatação fraca que permite que baterias de íons de sódio de alta tensão mantenham 80% da capacidade inicial após 500 ciclos, com desempenho superior aos eletrólitos convencionais à base de carbonato e aos eletrólitos localizados de alta concentração.
"O desenvolvimento de sistemas de baterias alternativos baseados em elementos abundantes na Terra está se tornando cada vez mais importante", afirmaram os pesquisadores no estudo publicado na revista Nano Energy. O sódio é o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre, com propriedades químicas semelhantes às do lítio, mas com reservas muito superiores. Por isso, as baterias de íons de sódio são consideradas uma opção preferencial para a tecnologia de armazenamento de energia da próxima geração.
A chave do design deste eletrólito reside na adoção de uma estrutura de solvatação intermediária, utilizando o solvente de solvatação fraca tris(2,2,2-trifluoroetil)fosfato (TFP) em substituição ao diluente tradicional, enfraquecendo a força de ligação entre os íons de sódio e as moléculas do solvente. Este ajuste trouxe um duplo efeito: os íons de sódio conseguem se desprender mais rapidamente das moléculas de solvente ao chegar à superfície do eletrodo, ao mesmo tempo que reduz a oportunidade de reações colaterais das moléculas de solvente na interface.
A primeira autora, An L. Phan, explicou: "Este novo eletrólito representa uma nova estratégia para modular a estrutura de solvatação do sódio, que pode promover reações favoráveis e suprimir reações indesejadas." Os testes eletroquímicos foram realizados sob condições de temperatura constante de 30 graus Celsius, utilizando sais de hexafluorofosfato de sódio e bis(fluorossulfonil)imida de sódio no sistema experimental.
Os pesquisadores também realizaram uma análise pós-ciclagem após 50 ciclos, avaliando o estado dos eletrodos por meio de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios X por dispersão de energia. Os resultados mostraram que, em combinação com um cátodo de óxido de sódio-níquel-manganês-ferro e um ânodo de carbono duro, o novo eletrólito melhorou efetivamente a estabilidade da interface de alta tensão e reduziu a corrente de fuga. Os eletrodos foram fabricados revestindo uma folha de alumínio com uma pasta contendo aglutinantes como fluoreto de polivinilideno, carboximetilcelulose sódica e borracha de estireno-butadieno. A análise por espectroscopia de ressonância magnética nuclear validou ainda mais o efeito do design da estrutura de solvatação.
Esta pesquisa oferece um novo caminho de materiais para a operação estável de longo prazo de baterias de íons de sódio sob condições de alta tensão, contribuindo para o avanço de tecnologias de armazenamento de energia sustentáveis e de baixo custo.