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Bateria de Thomas Edison volta a interessar os cientistas.

Projetada no início dos anos 1900, para ser usada em veículos elétricos, a bateria de Edison saiu da cena na metade da década de 70. Atualmente, apenas um pequeno número de empresas fabricam baterias de níquel-ferro, usadas principalmente para armazenar a eletricidade excedente de painéis solares e turbinas eólicas.

"A bateria de Edison é bastante durável, mas possui uma série de inconvenientes", afirmou Hongjie Dai, professor de química de Stanford (EUA). "Uma bateria típica pode levar horas até ser carregada e a velocidade de descarga também é muito lenta".

Dai e seus colegas de Stanford melhoraram incrivelmente o desempenho dessa tecnologia centenária. O grupo de Stanford criou uma bateria ultrarrápida de níquel-ferro que pode ser completamente carregada em cerca de 2 minutos e descarregada em menos de 30 segundos. Os resultados foram publicados no periódico Nature Communications.



Cientistas de Stanford desenvolveram uma bateria de Edison ultrarrápida, pelo crescimento de cristais de óxidos de ferro sobre folhas de grafeno e cristais de hidróxido de níquel sobre nanotubos de carbono de paredes múltiplas.

Créditos: Hialiang Wang, Universidade de Stanford.


"Aumentamos a velocidade de carga e descarga em cerca de 1000 vezes", afirmou o estudante de pós-graduação de Stanford, Hailiang Wang, que lidera o estudo. "Conseguimos que ela fosse realmente muito rápida".

Essa bateria de alto desempenho e baixo custo pode vir a ser, algum dia, usada em veículos elétricos, conforme foi intencionado por Edison originalmente, disse Dai. "Espero que possamos dar à bateria de níquel-ferro uma nova vida", acrescentou.


Veículos Elétricos

Edison, um dos primeiros defensores dos veículos elétricos, iniciou a comercialização da bateria de níquel-ferro por volta de 1900. Ela foi usada em carros elétricos até cerca de 1920. A vida útil prolongada da bateria e sua confiabilidade tornaram-na uma popular fonte de energia usada em ferrovias, minas e outras indústrias até meados do século XX.

Edison criou a bateria de níquel-ferro como uma alternativa barata para a corrosiva bateria de chumbo-ácido. Seu projeto básico consiste em dois eletrodos - um cátodo feito de níquel e um ânodo feito de ferro -, mergulhados em uma solução alcalina. "É importante considerar que ambos, níquel e ferro, são elementos abundantes na Terra e relativamente não-tóxicos", observou Dai.

O carbono sempre foi muito utilizado para aumentar a condutividade elétrica nos eletrodos. Para melhorar o desempenho da bateria de Edison, a equipe de Stanford usou grafeno - folhas nanométricas de carbono, formadas por um único átomo de espessura - e nanotubos de carbono de paredes múltiplas, cada um consistindo de cerca de 10 folhas de grafeno concêntricas enroladas juntas.

"Em eletrodos convencionais, as pessoas misturam aleatoriamente materiais de ferro e níquel com carbono condutor", explicou Wang. "Em vez disso, crescemos nanocristais de óxido de ferro sobre folhas de grafeno, e nanocristais de hidróxido de níquel sobre nanotubos de carbono".

Esta técnica produz uma interação química bastante forte entre as partículas metálicas e os nanomateriais de carbono, o que tem um efeito significativo no desempenho. "O acoplamento das partículas de ferro e níquel no substrato de carbono permite que as cargas elétricas se desloquem rapidamente entre os eletrodos e o circuito externo", disse Dai. "O resultado é uma versão ultrarrápida da bateria de níquel-ferro, com capacidade de carregar e descarregar em segundos".


Aplicações Futuras

Até o momento, o laboratório de Dai fabricou apenas um protótipo de bateria de 1 Volt, capaz de alimentar uma lanterna. O objetivo dos pesquisadores, no entanto, é desenvolver uma bateria maior, que poderia ser usada para a rede elétrica ou transporte.

A maioria dos carros elétricos, como o Nissan Leaf e o Chevy Volt, funcionam baseados em baterias de íon-lítio, que podem armazenar uma grande quantidade de energia, mas geralmente levam horas para carregar. "É provável que nossa bateria não seja capaz de impulsionar um carro elétrico, uma vez que sua densidade de energia ainda não é a ideal", explicou Wang. "Mas ela poderia ser um apoio para as baterias de íon-lítio, dando a elas maior potência na aceleração e regenerando a energia de frenagem".

A versão aprimorada da bateria de Edison pode ser especialmente útil em situações de emergência, acrescentou Dai. "Há diversas aplicações para produtos militares, por exemplo, em que é necessário carregar certas coisas muito rapidamente", ele afirmou.

"É definitivamente um produto que pode ser desenvolvido em larga escala", disse Wang. "Níquel, ferro e carbono são relativamente baratos. E o eletrólito é apenas água com hidróxido de potássio, que também é muito barato e seguro. Não há risco de explodir em um carro."

O protótipo de bateria tem uma desvantagem fundamental - a capacidade de reter a carga ao longo do tempo. "Ela não tem a estabilidade que gostaríamos no ciclo de carga-descarga", disse Dai. "Até agora, após 800 ciclos, ela decai cerca de 20%. Isso é semelhante à bateria de íon-lítio. Contudo, nossa bateria é realmente muito rápida, então nós a usaríamos mais frequentemente. O ideal é que ela não decaia tanto".

"O uso de nanomateriais fortemente acoplados representa uma abordagem muito interessante na fabricação de eletrodos", afirmou ele. "É diferente dos métodos tradicionais, em que você simplesmente mistura os materiais. E acho que Thomas Edison ficaria feliz com esse progresso".

Universidade de Stanford (Tradução - AGS).


Nota do Scientific Editor - O trabalho "An ultrafast nickel-iron battery from strongly coupled inorganic nanoparticle/nanocarbon hybrid materials", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Hailiang Wang, Yongye Liang, Ming Gong, Yanguang Li, Wesley Chang, Tyler Mefford, Jigang Zhou, Jian Wang, Tom Regier, Fei Wei e Hongjie Dai, tendo sido publicado na revista Nature Communications, volume 3, artigo: 917, 2012, DOI:10.1038/ncomms1921.


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