Instituto de Tecnologia Shibaura, no Japão, desenvolve catalisador sem platina; densidade energética de baterias de lítio-oxigênio pode ser dez vezes maior

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia Shibaura, no Japão (Shibaura Institute of Technology, SIT), desenvolveu um catalisador de baixo custo sem platina, eliminando um obstáculo fundamental para a aplicação prática de baterias de lítio-oxigênio (lithium–oxygen batteries, LOBs) de alta densidade energética. A densidade energética das baterias de lítio-oxigênio pode chegar a dez vezes a das baterias de íon-lítio tradicionais, sendo teoricamente capazes de sustentar viagens de longa distância em veículos elétricos e voos de drones por várias horas consecutivas. No entanto, a lenta reação de oxigênio durante os ciclos de carga e descarga tem limitado por muito tempo sua comercialização. Metais nobres como platina e rutênio podem acelerar a reação, mas seu alto custo dificulta a aplicação em larga escala.

A equipe de pesquisa liderada pelo professor Takahiro Ishizaki projetou um catalisador heteroestruturado sem metais nobres, combinando óxido de perovskita e óxido de espinélio em um material composto. Os dois óxidos, quando usados isoladamente, já apresentam boa atividade catalítica, mas, quando combinados, produzem um efeito sinérgico significativo, acelerando simultaneamente a reação de redução de oxigênio e a reação de evolução de oxigênio. O material composto demonstrou uma diferença de voltagem de apenas 1,14 volts durante os ciclos de carga e descarga, o que significa menor perda de energia elétrica. Nos testes de desempenho da bateria, o material composto superou os dois óxidos isolados, com desempenho de carga superior ao do óxido de rutênio comercial e desempenho de descarga equivalente ao da platina.

Notavelmente, os testes de propriedades físicas revelaram que a área de superfície eletroquímica total do material composto era a menor entre todas as amostras testadas. Normalmente, acredita-se que uma área de superfície maior oferece mais sítios de reação, melhorando o desempenho, mas a equipe descobriu que a velocidade catalítica depende mais da qualidade da estrutura eletrônica. A combinação dos dois óxidos na interface molecular gerou abundantes vacâncias de oxigênio, formando um caminho eletrônico fluido que permite que as reações de oxigênio ocorram rapidamente.

Takahiro Ishizaki afirmou que a aplicação mais direta desse resultado é o desenvolvimento de cátodos de ar altamente eficientes para a próxima geração de baterias de lítio-oxigênio, que têm potencial para alimentar veículos elétricos de longa autonomia e drones com voo prolongado, cujas necessidades de capacidade energética excedem o alcance das atuais tecnologias de íon-lítio. A mobilidade aérea urbana ainda é uma visão de longo prazo, mas este trabalho representa um passo crucial para liberar o potencial das baterias de lítio-oxigênio. Esse design de catalisador econômico também oferece uma solução sustentável e de baixo custo para a produção de hidrogênio verde, baterias de metal-ar em larga escala e armazenamento de energia em redes elétricas solares e eólicas.