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As baterias de íons de alumínio são vistas como uma alternativa promissora às baterias convencionais que usam matérias-primas escassas e difíceis de reciclar, como o lítio. Isso ocorre porque o alumínio é um dos elementos mais comuns na crosta terrestre, é mais fácil de reciclar e também é mais seguro e mais barato que o lítio. No entanto, o desenvolvimento de tais baterias de íons de alumínio ainda está em sua infância, pois ainda faltam materiais de eletrodo adequados que forneçam capacidade de armazenamento suficiente. Uma equipe de pesquisa liderada por Gauthier Studer e liderada pelo Prof. Dr. Birgit Esser da Universidade de Ulm e pelo Prof. Dr. Ingo Krossing, bem como pela Prof. de um polímero redox orgânico baseado em fenotiazina. No experimento, as baterias de alumínio com esse material de eletrodo armazenaram uma capacidade não alcançada anteriormente de 167 miliamperes-hora por grama (mAh/g). O polímero redox orgânico supera assim a capacidade do grafite, que até hoje tem sido usado principalmente como material de eletrodo em baterias. Os resultados apareceram na revista Energia e Ciência Ambiental.
O material do eletrodo insere ânions complexos de alumínio
O material do eletrodo é oxidado durante o carregamento da bateria, absorvendo assim ânions complexos de aluminato. Desta forma, o polímero redox orgânico poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) consegue inserir dois [AlCl4]− ânions reversivelmente durante o carregamento. Os pesquisadores usaram o cloreto de etilmetilimidazólio líquido iônico como eletrólito com adição de cloreto de alumínio. “O estudo de baterias de alumínio é um campo de pesquisa empolgante com grande potencial para futuros sistemas de armazenamento de energia”, diz Gauthier Studer. “Nosso foco está no desenvolvimento de novos materiais redox-ativos orgânicos que exibem alto desempenho e propriedades reversíveis. Ao estudar as propriedades redox de poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) em líquido iônico à base de cloroaluminato, fizemos um avanço significativo ao demonstrar pela primeira vez um processo redox reversível de dois elétrons para um material de eletrodo à base de fenotiazina.”
Após 5.000 ciclos de carga a 10 C, a bateria retém 88% de sua capacidade
Poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) deposita o [AlCl4]− ânions em potenciais de 0,81 e 1,65 volts e fornece capacidades específicas de até 167 mAh/g. Em contraste, a capacidade de descarga do grafite como material de eletrodo em baterias de alumínio é de 120 mAh/g. Após 5.000 ciclos de carga, a bateria apresentada pela equipe de pesquisa ainda tem 88% de sua capacidade a 10 C, ou seja, com uma taxa de carga e descarga de 6 minutos. Com uma taxa C mais baixa, ou seja, um tempo de carga e descarga mais longo, a bateria retorna inalterada às suas capacidades originais.
“Com sua alta tensão de descarga e capacidade específica, bem como sua excelente retenção de capacidade em altas taxas de C, o material do eletrodo representa um grande avanço no desenvolvimento de baterias recarregáveis de alumínio e, portanto, de soluções avançadas e acessíveis de armazenamento de energia”, diz Birgit Esser .
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