A Bateria Recarregável Falha de Thomas Edison Pode Ganhar uma Segunda Vida

Estados Unidos - Agência de Notícias Ekhbary

A Bateria Recarregável Falha de Thomas Edison Pode Ganhar uma Segunda Vida

Em um desenvolvimento que pode reescrever capítulos da história do armazenamento elétrico, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) desenvolveu com sucesso um protótipo de bateria de níquel-ferro que remonta aos princípios pioneiros estabelecidos pelo famoso inventor Thomas Edison. Embora a visão original de Edison para essa tecnologia no início do século 20 fosse alimentar automóveis elétricos, pesquisadores contemporâneos agora acreditam que seus conceitos fundamentais são muito mais adequados para aplicações de armazenamento de energia renovável, como usinas de energia solar e eólica.

O estudo, publicado recentemente na revista científica 'Small', detalha um protótipo de bateria inovador capaz de recarregar em poucos segundos e de suportar mais de 12.000 ciclos de carga e descarga. Essa notável durabilidade é equivalente a aproximadamente 30 anos de uso diário intensivo, sugerindo uma vida útil excepcionalmente longa para essa tecnologia reinventada. Esse avanço reflete uma compreensão mais profunda de como aproveitar os princípios químicos em nanoescala para obter um desempenho superior.

O conceito de energia elétrica recarregável não era totalmente novo na época de Edison. Em 1900, os carros híbridos elétricos superavam em número os veículos movidos a gasolina nas estradas dos Estados Unidos. Em 1901, Edison patenteou com sucesso uma bateria automotiva funcional de chumbo-ácido que quase impulsionou o século 20 por um caminho completamente diferente. No entanto, as baterias de Edison enfrentaram obstáculos significativos, incluindo altos custos e uma autonomia limitada de apenas 30 milhas, o que finalmente as fez perder para o motor de combustão interna antes que Edison pudesse realizar plenamente sua visão de um sucessor de bateria de níquel-ferro bem-sucedido.

Hoje, a energia renovável se tornou um pilar da matriz energética global, após mais de um século de inovação contínua e diante da crescente conscientização sobre as graves consequências dos combustíveis fósseis. Embora a maioria das pessoas hoje esteja familiarizada com as baterias recarregáveis de íons de lítio, o conceito de níquel-ferro de Edison não desapareceu completamente. Os engenheiros da UCLA reconhecem que, embora essa tecnologia possa não ser diretamente adequada para aplicações de transporte, ela mostra um potencial imenso para uso em infraestruturas de energia, como parques solares e instalações de armazenamento de energia em larga escala.

O Dr. Maher El-Kady, coautor do estudo, explica que os princípios subjacentes dessa tecnologia, apesar de dependerem de ligações em nível atômico e engenharia em nanoescala, são surpreendentemente fáceis de entender. "As pessoas frequentemente pensam que as ferramentas modernas de nanotecnologia são complicadas e de alta tecnologia, mas nossa abordagem é surpreendentemente simples e direta", afirmou em um perfil recente da UCLA.

A equipe de El-Kady buscou inspiração em duas fontes principais: a química fundamental e a anatomia esquelética. A formação dos ossos de vertebrados e das conchas, por exemplo, envolve o uso de proteínas específicas como estrutura para a construção de compostos à base de cálcio. "A deposição de minerais da maneira correta constrói ossos que são fortes, mas flexíveis o suficiente para não serem quebradiços. Como é feito é quase tão importante quanto o material usado, e as proteínas guiam sua colocação", explica o Dr. Ric Kaner, cientista de materiais e coautor do estudo.

El-Kady e Kaner exploraram a possibilidade de adaptar esse sistema biológico substituindo o cálcio por níquel e ferro. Para o componente proteico, eles utilizaram subprodutos do processamento de carne bovina, impregnando-os com óxido de grafeno – uma folha de carbono e oxigênio com a espessura de um único átomo. Finalmente, eles conseguiram cultivar uma estrutura proteica dobrada, preenchida com átomos de níquel carregados positivamente e átomos de ferro carregados negativamente. Essas estruturas, com menos de cinco nanômetros de largura, exigiriam de 10.000 a 20.000 aglomerados para atingir a largura de um fio de cabelo humano.

Os átomos de oxigênio do óxido de grafeno geralmente funcionam como isolantes, o que pode prejudicar a eficiência da bateria. No entanto, a equipe encontrou uma solução. Ao colocar sua criação em água superaquecida, as altas temperaturas converteram as proteínas em carbono enquanto eliminavam todo o oxigênio. Simultaneamente, esses aglomerados metálicos foram ainda mais incorporados às estruturas. O resultado foi um aerogel composto por quase 99% de ar em volume. A partir daí, as surpreendentes dinâmicas de superfície entram em jogo.

"À medida que passamos de partículas maiores para esses nanoclústeres extremamente pequenos, a área de superfície aumenta dramaticamente. Essa é uma grande vantagem para as baterias", explicou El-Kady. "Quando as partículas são tão pequenas, quase todos os átomos podem participar da reação. Portanto, o carregamento e o descarregamento ocorrem muito mais rapidamente, você pode armazenar mais carga e toda a bateria funciona de forma mais eficiente."

Embora a bateria de aerogel de níquel-ferro de El-Kady atualmente não se aproxime da capacidade de armazenamento das alternativas de íons de lítio, tornando-a inadequada para veículos elétricos, seu significado vai além de um simples experimento químico. O carregamento rápido, a longevidade e a alta saída da bateria de níquel-ferro sugerem que ela pode funcionar bem em parques solares. A bateria poderia armazenar de forma fácil e rápida o excesso de eletricidade durante o dia e, em seguida, transferir essa energia para a rede à noite. Além disso, ela poderia servir como uma fonte vital de energia de backup para data centers que consomem muita energia.

Embora o renascimento das baterias de níquel-ferro de Edison ainda esteja em seus estágios iniciais, a ciência e o conhecimento técnico estão presentes. Além disso, ela contorna completamente a dependência de metais de terras raras característica das baterias de íons de lítio.

"Estamos simplesmente misturando ingredientes comuns, aplicando etapas de aquecimento suaves e usando matérias-primas amplamente disponíveis", concluiu El-Kady. Essas declarações abrem as portas para um futuro promissor para o armazenamento de energia, onde inovações inspiradas no passado desempenham um papel crucial na abordagem dos desafios atuais e futuros.

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