De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) utilizou tecnologia de manufatura aditiva para produzir um eletrodo de carbono impresso em 3D que, em comparação com dispositivos similares existentes, pode aumentar a capacidade de carga de baterias híbridas de zinco-íon em mais de 7 vezes.
O estudo, publicado na revista Small, também introduziu uma bateria de teste impressa em 3D, projetada para melhorar a consistência das medições de desempenho em pesquisas de armazenamento de energia. A bateria desenvolvida pela equipe é um dispositivo híbrido, onde um terminal funciona de forma semelhante aos componentes de armazenamento de carga de baterias de íon-lítio tradicionais, enquanto o outro terminal utiliza um eletrodo de carbono semelhante ao de supercapacitores. Supercapacitores, como dispositivos de armazenamento de energia que carregam e descarregam rapidamente e podem operar por décadas, têm como principal limitação o fato de a energia ser armazenada apenas na superfície do eletrodo, restringindo a capacidade total.
Para superar essa limitação, a equipe da UCLA empregou um processo de impressão com resina e laser ultravioleta para fabricar um eletrodo de carbono com estrutura interna semelhante a um favo de mel ou esponja, repleto de bilhões de microporos. Após a impressão, o eletrodo foi aquecido e submetido a um processo de desgaseificação, deixando apenas carbono condutor com poros abertos, que foi então carregado com óxido de vanádio por meio de um processo químico. A área superficial resultante é enorme: um grama de material do eletrodo, se esticado, cobriria aproximadamente 10 quadras de tênis. O coautor correspondente, Ric Kaner, professor distinto de Química e Bioquímica e de Ciência e Engenharia de Materiais da UCLA, afirmou que o método permite construir qualquer suporte 3D camada por camada e controlar a microestrutura, e que a enorme área superficial interna gerada pelos inúmeros microporos significa que uma grande quantidade de carga pode ser armazenada.
Além do aumento na densidade de energia, o dispositivo manteve 82% de sua capacidade após 1500 ciclos de carga e descarga. A equipe também destacou que o zinco é aproximadamente 100 vezes mais abundante que o lítio e relativamente mais fácil de extrair e reciclar, sendo um material químico de bateria mais sustentável que o lítio. O coautor correspondente, Maher El-Kady, pesquisador assistente do Departamento de Química e Bioquímica da UCLA, afirmou que o futuro do armazenamento de energia não será definido por uma única tecnologia, e que o dispositivo híbrido de zinco-íon fornecido por este estudo, capaz de armazenar quase uma ordem de grandeza a mais de capacidade, pode complementar as opções atuais de armazenamento de energia em escala de rede elétrica.
O estudo também introduziu uma bateria de teste impressa em 3D, projetada para melhorar os dispositivos de béquer abertos comumente usados em laboratórios de armazenamento de energia. As baterias de teste comerciais padrão de vidro custam US$ 1000 ou mais, fazendo com que a maioria das equipes de pesquisa dependa de béqueres, que permitem a evaporação do eletrólito e introduzem variabilidade no posicionamento do eletrodo, afetando a precisão das medições. A bateria impressa pela equipe da UCLA possui uma tampa selada e ranhuras fixas para os eletrodos. Nos testes, o eletrodo de carbono padronizado manteve 98% de sua carga após 1500 ciclos na bateria impressa, enquanto em um dispositivo de bateria aberta tradicional, falhou em menos de 100 ciclos. A primeira autora, Dra. Sophia Uemura, que recentemente concluiu seu doutorado na UCLA, afirmou que o conceito ajuda os pesquisadores a obter medições mais consistentes e dados confiáveis, e que a acessibilidade da impressão 3D significa que qualquer pessoa com uma impressora 3D pode fabricar baterias de teste semelhantes e ajustá-las ao seu próprio trabalho. O estudo foi realizado em colaboração com cientistas da Universidade Nacional Tsing Hua, em Taiwan.
