De acordo com pt.wedoany.com-Cientistas russos descobriram um novo mineral chamado Petrovita na cratera de um vulcão na Península de Kamchatka, cujos canais de íons de sódio em sua estrutura cristalina são considerados de valor potencial para a próxima geração de tecnologia de baterias. Os resultados da pesquisa sobre este mineral foram publicados na revista Mineralogical Magazine e rapidamente atraíram a atenção da comunidade de ciência dos materiais devido à sua configuração atômica única.
O professor Stanislav Filatov, do Departamento de Cristalografia da Universidade Estatal de São Petersburgo (Saint Petersburg State University), dedicou mais de 40 anos ao estudo dos cones de escória e fumarolas de fluxos de lava na Península de Kamchatka, formações geológicas originadas das duas grandes erupções do vulcão Tolbachik, em 1975-1976 e 2012-2013. A região possui uma diversidade mineral única, com dezenas de novos minerais descobertos nos últimos anos, muitos dos quais exclusivos globalmente, sendo a Petrovita um deles.
A fórmula química da Petrovita é Na10CaCu2(SO4)8, apresentando-se como agregados esféricos azuis compostos por cristais tabulares com inclusões de fluidos gás-líquido. Sua composição foi determinada por Svetlana Moskaleva, do Instituto de Vulcanologia e Sismologia da Filial do Extremo Oriente da Academia Russa de Ciências (Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences). A estrutura cristalina foi estudada por Andrey Shablinskii (graduado pela Universidade Estatal de São Petersburgo), do Instituto Grebenshchikov de Química de Silicatos (Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry). O mineral recebeu o nome de Tomas Petrov, cristalógrafo da Universidade Estatal de São Petersburgo, que foi o primeiro no mundo a desenvolver uma técnica de cultivo de malaquita de qualidade gemológica.
O interesse imediato dos pesquisadores de baterias pela Petrovita deve-se à configuração extremamente rara de átomos de cobre com coordenação heptavalente de oxigênio em sua estrutura cristalina. Essa configuração existe apenas em alguns poucos compostos. A Petrovita é composta por uma estrutura tridimensional porosa de átomos de oxigênio, sódio, enxofre e cobre, com vazios interconectados por canais através dos quais os átomos relativamente pequenos de sódio podem se mover.
Os cientistas acreditam que a mobilidade iônica dos átomos de sódio nos canais cristalinos tem valor potencial para a tecnologia de baterias. O funcionamento das baterias depende do movimento de íons entre os eletrodos; quanto mais fácil for esse movimento, maior será a eficiência da bateria. A estrutura da Petrovita cria exatamente as condições que os engenheiros de baterias tentam replicar artificialmente em laboratório: canais bem definidos, poros com diâmetro adequado para íons de sódio e uma estrutura estável que não colapsa durante o movimento iônico. Filatov afirma que o tipo estrutural da Petrovita é promissor para a condutividade iônica e pode ser usado como material catódico para baterias de íons de sódio.
A descoberta da Petrovita como mineral natural não significa que possa ser extraída diretamente para uso em baterias, sendo o baixo teor de cobre em sua estrutura cristalina um obstáculo central. O cobre é o metal de transição na fórmula química, participando de reações eletroquímicas para armazenamento e liberação de energia na bateria. Para que o material seja eficiente como cátodo de bateria, é necessário aumentar a proporção de cobre. Filatov aponta que isso pode ser resolvido sintetizando em laboratório um composto com a mesma estrutura da Petrovita. Os pesquisadores propõem usar a estrutura cristalina da Petrovita como modelo para replicar e otimizar as proporções dos elementos em laboratório.
O contexto do surgimento da Petrovita é importante para compreender seu significado estratégico. As baterias de íons de lítio dominam atualmente o mercado de armazenamento de energia, mas os recursos de lítio são geograficamente concentrados, com a maior parte das reservas na América do Sul e o processamento dominado pela China. O sódio é o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre, praticamente onipresente, de baixo custo e sem a concentração geopolítica do lítio. Se as baterias de íons de sódio atingirem desempenho equivalente ao das baterias de lítio, a dependência de toda a cadeia de armazenamento de energia de um único metal estratégico pode ser drasticamente reduzida. O obstáculo para as baterias de íons de sódio reside na busca por materiais catódicos eficientes, e como os íons de sódio são maiores que os de lítio, os canais nos materiais dos eletrodos precisam ser maiores. O tamanho dos canais da Petrovita é exatamente adequado para íons de sódio, tornando-a um modelo natural para a construção dessa estrutura.
A Petrovita não é o único novo mineral descoberto na região de Tolbachik. A equipe de Filatov também encontrou a Saranchinaita no mesmo grupo vulcânico, um mineral com estrutura relacionada à Petrovita, possivelmente produto da reação entre saranchinaíta, sulfato de cálcio e sulfato de sódio. Uma hipótese para a formação da Petrovita é a substituição gradual de minerais contendo níquel por fluidos hidrotermais ricos em metais, mecanismo que descreve um processo de formação dentro de faixas de temperatura e pressão replicáveis em laboratório. Para a ciência dos materiais, essas descobertas oferecem projetos arquitetônicos testados pela natureza ao longo de milhões de anos, muito antes de qualquer engenheiro tentar construir estruturas semelhantes.
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