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Sódio, potássio e zinco têm sido candidatos promissores para o lugar do lítio nas baterias recarregáveis do futuro, mas pesquisadores do Worcester Polytechnic Institute (WPI) adicionaram um concorrente incomum e mais abundante à mistura: cloreto, os íons carregados negativamente mais ricos da água do mar. .
Xiaowei Teng, o professor James H. Manning de Engenharia Química no WPI, descobriu uma nova química redox fortalecida por íons de cloreto para o desenvolvimento de baterias verdes de água do mar.
As baterias de íon-lítio modernas usadas em várias aplicações, incluindo veículos elétricos, podem ser problemáticas para armazenamento na rede, devido ao seu alto custo e dependência de materiais críticos, como cobalto, níquel e lítio, bem como sua disponibilidade geográfica limitada. Por exemplo, seis países possuem mais de 85% das reservas de lítio na terra.
Teng e seus colaboradores de pesquisa – Heath Turner, professor de Engenharia Química e Biológica da Universidade do Alabama, e Lihua Zhang, Milinda Abeykoon, Gihan Kwon, Daniel Olds, todos cientistas pesquisadores do Brookhaven National Laboratory em Nova York – foram além do limites da atual tecnologia de bateria verde, aproveitando os íons de cloreto para capacitar a química redox de materiais de bateria de óxido de ferro.
Teng e seus colegas relataram sobre a nova química da bateria em “A inserção de cloreto aumenta a oxidação eletroquímica do hidróxido de ferro Hidróxido de camada dupla em oxihidróxido em baterias alcalinas de ferro”, um artigo publicado na revista American Chemical Society Química dos Materiais e destacado na capa frontal suplementar.
Este estudo revelou que a inserção do íon cloreto no hidróxido de dupla camada de Fe(OH)2 formou um material cristalino intermediário Green Rust, que auxiliou uma reação de conversão Fe(OH)2/FeOOH de transferência de uma carga e melhorou a estabilidade do ciclo. Esta nova química redox de ferro foi descoberta e examinada no laboratório WPI. Teng e seu aluno de pós-graduação Sathya Narayanan Jagadeesan, que é o principal autor do artigo, viajaram ainda para o Departamento de Instalações de Usuários de Energia no Laboratório Nacional de Brookhaven para realizar experimentos para validar os resultados usando operandodifração de raios X síncrotron e mapeamento elementar de alta resolução.
Teng e sua equipe do WPI criaram uma bateria aquosa, um pequeno protótipo em escala de laboratório que operava no eletrólito à base de água, usando eletrodos feitos principalmente de elementos abundantes, como óxidos e hidróxidos de ferro. Embora a equipe não tenha calculado o custo, o uso de materiais abundantes na terra deve fazer pender a balança a seu favor, diz Teng. Os EUA produzem mais de 15 milhões de toneladas de resíduos de sucata de ferro que não são reciclados a cada ano, muitos dos quais existem na forma de ferrugem. Portanto, a química relatada da bateria de ferro alcalino recarregável ajuda a reaproveitar os resíduos de ferrugem do ferro para o armazenamento moderno de energia.
A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation e pelo Departamento de Energia (DOE).
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