Massachusetts Institute of Technology

Material para baterias do MIT pode levar a um recarregamento mais rápido de vários dispositivos

“Rodoanel” para energia elétrica soluciona um problema que já durava muito

CAMBRIDGE, Massachussets. — Engenheiros do MIT criaram uma espécie de “rodoanel” que permite o rápido trânsito de energia elétrica através de uma material para baterias bem conhecido, um avanço que pode ajudar no desenvolvimento de baterias menores e mais leves — para telefones celulares e outros dispositivos — que podem ser recarregadas em segundos, em lugar de horas.

Isso também pode permitir a rápida recarga de baterias de carros elétricos, muito embora essa aplicação em particular seja limitada pela quantidade de energia disponível para cada usuário da rede elétrica.

O trabalho, liderado por Gerbrand Ceder, o professor Richard P. Simmons de Ciências e Engenharia de Materiais, é relatado na edição de 12 de março da Nature. Uma vez que o material envolvido não é novo — os pesquisadores simplesmente mudaram a maneira de fabricá-lo — Ceder acredita que o trabalho possa estar no comércio dentro de dois ou três anos.

As baterias recarregáveis de lítio do “estado-da-arte” têm densidades de energia muito altas — elas são boas para armazenar grandes quantidades de carga. Em compensação elas têm taxas de [transferência de] energia muito lentas — elas são umas lesmas para acumular e descarregar essa energia. Consideremos as atuais baterias para carros elétricos: “Elas têm um monte de energia, de forma que se pode dirigir a 80 km/h por um longo período, mas a energia é baixa. Não se pode acelerar rapidamente”, explica Ceder.

Por que as taxas de transferência tão lentas? Tradicionalmente, os cientistas pensavam que os íons de lítio que, junto com os elétrons, são os responsáveis por levar a carga através da bateria, simplesmente se movessem muito lentamente através do material.

Há cerca de cinco anos, entretanto, Ceder e seus colegas fez uma descoberta surpreendente. Cálculos feitos por computadores de um material para baterias bem conhecido, fosfato férrico de lítio, prdiziam que os íons de lítio do material deveriam estar se movendo de maneira extremamente veloz.

“Se o transporte dos íons de lítio era tão veloz, algo diferente deveria ser o problema”, prossegue Ceder.

Cálculos posteriores mostraram que os íons de lítio podem, realmente, se mover muito rápido pelo material, mas somente através de túneis acessíveis a partir da superfície. Se um íons de lítio na superfície estiver diretamente na frente da entrada de um túnel, não há problema: ele continua eficientemente pelo túnel adentro. Mas se o íon não estiver diretamente na frente, ele é impedido de alcançar a entrada do túnel, porque ele não consegue se mover para acessar essa entrada.

Ceder e Byoungwoo Kang, um estudante de pós-graduação em ciências e engenharia dos materiais, criaram uma maneira de driblar o problema, criando uma nova estrutura para a superfície que permite que os íons de lítio se movam rapidamente pelo entorno do material, de forma muito parecida com um rodoanel que circunda uma cidade. Quando um íon que viaja por esse rodoanel, chega a um túnel, ele é instantaneamente desviado para o túnel. Kang é um co-autor do artigo da Nature.

Empregando sua nova técnica de processamento, os dois foram em frente para fazer uma pequena bateria que pode ser totalmente carregada ou descarregada em 10 a 20 segundos (leva seis minutos para carregar ou descarregar totalmente uma célula feita de material não processado).

Ceder observa que testes suplementares mostraram que, diferentemente de outros materiais para baterias, o novo material não se degrada muito quando repetidamente carregado e recarregado. Isso pode levar a baterias menores e mais leves, porque menos material é necessário para obter os mesmos resultados.

“A capacidade para carregar e descarregar baterias em questão de segundos, em lugar de horas, pode abrir novas aplicações tecnológicas e induzir novas mudanças no estilo de vida”, concluem Ceder e Kang em seu artigo na Nature.