De acordo com pt.wedoany.com-Investigadores chineses desenvolveram um novo eletrólito quase sólido que permite que as baterias de sódio metálico tenham um carregamento mais rápido, maior vida útil e maior segurança.
A equipa de investigação da Universidade do Sudeste (Southeast University), em colaboração com a HiNa Battery Technology e a Universidade de Yangzhou, concebeu um eletrólito duplamente mediado para resolver dois problemas críticos nas baterias de sódio metálico: a lenta velocidade de transporte dos iões de sódio e o crescimento de dendrites e falhas da bateria causados por reações interfaciais instáveis.
As baterias de iões de sódio, devido à abundância de recursos de sódio e a restrições menores na cadeia de abastecimento, são consideradas uma alternativa de baixo custo aos sistemas de iões de lítio, tendo registado um interesse crescente nos últimos anos. No entanto, na prática, alcançar um carregamento rápido sem sacrificar a vida útil continua a ser um grande desafio.
A equipa de investigação reporta que o novo eletrólito apresenta um número de transporte de iões de sódio de 0,94, mantendo uma condutividade iónica de 1,3 mS cm⁻¹. Em comparação, os eletrólitos quase sólidos tradicionais geralmente têm números de transporte na faixa de 0,4 a 0,7, limitando a melhoria do desempenho de carregamento.
Este eletrólito utiliza uma combinação de iões de estanho (Sn²⁺) e iões de difluoroxalato borato (DFOB⁻), que regulam conjuntamente a estrutura do eletrólito e o comportamento de movimento dos iões de sódio. O estudo indica que o DFOB⁻ enfraquece a interação entre os iões de sódio e a rede polimérica, libertando mais iões de sódio que podem mover-se livremente. Os resultados da simulação mostram que a taxa de difusão dos iões de sódio atinge 16,8 Ų ns⁻¹, cerca de seis vezes mais rápida do que nos eletrólitos líquidos tradicionais.
Este design de intertravamento duplo também melhora a estabilidade geral do eletrólito ao equilibrar a coordenação iónica no volume e na interface, garantindo um transporte mais suave dos iões de sódio sob condições de alta corrente, reduzindo assim a polarização de concentração e ajudando a manter a consistência do desempenho das baterias simétricas e completas durante ciclos rápidos de carga e descarga. A camada interfacial formada pode suprimir eficazmente as dendrites — estruturas metálicas em forma de agulha cujo crescimento pode causar curtos-circuitos internos e encurtar a vida útil da bateria.
Em testes laboratoriais, as baterias simétricas de sódio operaram continuamente durante 6000 horas a uma densidade de corrente de 0,1 mA cm⁻² sem falhas induzidas por dendrites, e a densidade de corrente crítica do sistema atingiu 3,0 mA cm⁻². Quando emparelhadas com um cátodo de fosfato de vanádio e sódio, as baterias forneceram uma capacidade de 80,1 mAh g⁻¹ a uma taxa de carregamento ultrarrápida de cerca de quatro minutos para carga completa. A uma alta taxa de carregamento de 3C, a capacidade da bateria manteve-se em 90% após 2000 ciclos de carga e descarga.
O eletrólito permanece estável a tensões de até 4,7 volts, o que promete expandir a compatibilidade com materiais de cátodo de tensão mais elevada. A equipa de investigação foi além dos testes de baterias de botão: as baterias de bolsa sem pressão funcionaram normalmente após dobragem repetida e foram capazes de alimentar um smartphone. Testes com configurações de bateria de alta carga e utilizando outros sistemas químicos de cátodo também mostraram resultados positivos.
A equipa afirma que esta abordagem pode ser estendida a baterias de lítio metálico e baterias de potássio metálico, mantendo a compatibilidade com os processos de fabrico de baterias existentes. Os resultados da investigação foram publicados na revista Nano-Micro Letters.
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