Sayan Das, juntamente com o professor Venimadhav Adyam do Centro de Engenharia Criogênica do IIT Kharagpur, Índia, e seus colegas, professor Vilas Pol da Purdue University, Indiana, EUA, alcançaram um avanço no desenvolvimento de baterias de sódio metálico. Seu trabalho inovador é publicado em periódicos revisados por pares progresso energéticopropôs um novo eletrólito quase sólido que promete avanços significativos na segurança e no desempenho da bateria.
As baterias convencionais de íons de lítio (LIB) dominam o mercado há décadas devido à sua alta densidade de energia e desempenho confiável. No entanto, a oferta limitada de lítio e as flutuações de preços levaram à procura de soluções alternativas. As baterias de íon de sódio (SIBs) emergiram como candidatas promissoras a baterias, aproveitando recursos de sódio globalmente abundantes e econômicos. Apesar deste potencial, os CIS ainda enfrentam desafios de segurança e estabilidade, particularmente devido à inflamabilidade dos eletrólitos líquidos convencionais.
Uma equipe do IIT Kharagpur e da Purdue University abordou essas questões desenvolvendo uma abordagem de eletrólito de estado quase sólido (QSSE) barata e personalizada, suportada por não tecido. O novo eletrólito, baseado no copolímero de fluoreto de polivinilideno-hexafluoropropileno (PVDF-HFP), fornece uma solução não inflamável, flexível e ultraestável para baterias de sódio metálico. “Nossa abordagem econômica é usar um tecido barato (máscara não tecido) revestido com PVDF-HFP e embebido em um eletrólito líquido otimizado à base de sódio, tornando-o não inflamável e realmente adequado para aplicações em baterias de sódio”, disse o Dr.
QSSE exibe excelentes propriedades, incluindo melhor condutividade à temperatura ambiente e número significativo de transferência de íons de sódio. Quando testado em uma bateria de sódio metálico com Na3V2(Ordem de Compra4)3 (NVP), a bateria baseada em QSSE tem excelente capacidade de descarga em altas taxas e exibe excelente retenção de capacidade de quase 99% após 2.500 anoso ciclo. Isto indica que a perda de capacidade durante o ciclo de longo prazo é insignificante, um fator chave para aplicações práticas de armazenamento de energia.
Uma das vantagens mais significativas deste novo eletrólito é a sua maior segurança. Ao contrário dos eletrólitos líquidos tradicionais, que são altamente inflamáveis e apresentam graves riscos de incêndio e explosão, o QSSE desenvolvido pela equipe é inerentemente não inflamável. Esta propriedade foi confirmada por testes de chama aberta, que mostraram que o QSSE não entrará em ignição, tornando-o uma escolha mais segura para grandes sistemas de armazenamento de energia.
Os pesquisadores também enfatizaram a escalabilidade de sua abordagem. “Nossa abordagem simples, escalonável e econômica para o desenvolvimento de QSSE é mostrada na figura, e os procedimentos detalhados são descritos nas informações suplementares”, disse o Dr. Adyam. Esta escalabilidade é crítica para a ampla adoção e comercialização de baterias de sódio metálico, pois garante que o processo de produção possa ser facilmente implementado em larga escala.
O desenvolvimento e teste bem-sucedidos deste novo eletrólito marcam um importante passo na busca por soluções de armazenamento de energia mais seguras e eficientes. A equipa de investigação está optimista quanto às futuras aplicações do seu trabalho, observando que as suas descobertas poderão abrir caminho para o desenvolvimento de baterias de sódio metálico de próxima geração que não sejam apenas mais seguras, mas também mais económicas e sustentáveis.
“O trabalho futuro se concentrará na otimização adicional da composição do eletrólito e na exploração de sua aplicabilidade em outras configurações de bateria”, disse o Dr. “Nosso objetivo é desenvolver uma gama de soluções de armazenamento de energia de alto desempenho, seguras e acessíveis que possam atender de forma sustentável às crescentes demandas do mercado global de energia.”
Referência do diário
Sayan Das, Vilas G. Pol e Venimadhav Adyama. “Eletrólitos quase sólidos não inflamáveis e não inflamáveis personalizados permitem baterias metálicas de sódio ultraestáveis.” Avanços Energéticos, 2024. doi: https://doi.org/10.1039/D3YA00435J
Sobre o autor
Dr. Sayan Das é pesquisador de pós-doutorado na Purdue University, em Indiana, especializado em tecnologia de armazenamento de energia. Possui doutorado. Dr. Das é PhD em Ciências pela Universidade de Jadavpur e possui ampla experiência em baterias de lítio e íons de sódio, com especialização em formulação de eletrólitos, caracterização de materiais e eletroquímica. Seu trabalho inclui contribuições significativas para o desenvolvimento de eletrólitos mais seguros para baterias de lítio e sistemas de íons de sódio de estado quase sólido. Atualmente, ele lidera e colabora em projetos que visam o avanço da tecnologia de baterias para diversas aplicações. Dr. Das publicou 19 artigos revisados por pares e possui três patentes emitidas.
Vilas G. Ball é professor de engenharia química na Purdue University, em Indiana, EUA. Ele é autor/coautor de mais de 270 publicações de pesquisa (índice h 58) e é inventor de 20 patentes nos EUA e mais de 20 aplicações. A Purdue University o homenageou com o Distinguished Engineering Faculty Award, o Most Influential Inventor Award, o Seeds of Success Award, o Bravo Award e o Purdue Teacher Scholar Award. Ele deu centenas de palestras convidadas, palestras e palestras plenárias, incluindo “TEDx”. Ele recebeu mais de 35 prêmios de prestígio de sociedades profissionais AIChE, ACS, MRS, ACerS, TMS e Carbon. Ele é membro da Royal Society of Chemistry, MASc (Índia) e IIAM (Suécia) e detém dois recordes mundiais do GuinnessMT.
Vinimadhav Adityam é professor ilustre do Centro de Engenharia Criogênica, IIT Kharagpur. Ele recebeu seu Ph.D. graduado pelo Institute of Science, Bangalore, Índia, em 2001, com foco nas propriedades de filmes de óxido relacionados à perovskita. Sua carreira acadêmica tem sido caracterizada por ampla experiência internacional, tendo realizado pesquisas na Universidade Estadual da Pensilvânia e na Universidade de Cambridge. Sua pesquisa abrange áreas que incluem materiais quânticos, multiferróicos, spintrônica e tecnologias avançadas de baterias, como baterias recarregáveis de íon de sódio e de película fina, e ele desempenhou um papel fundamental no estabelecimento de instalações de pesquisa avançadas no IIT Kharagpur e no aprimoramento de suas capacidades de medição de magnetização e nanolitografia. Venimadhav recebeu vários prêmios e homenagens de prestígio, incluindo a Medalha MRSI e o Programa DST FastTrack para Jovens Cientistas. Ele é membro da MRSI India, Sociedade Magnética da Índia e PERM, Comitê Indiano de Criogenia. Suas contribuições para a ciência são substanciais e incluem projetos de pesquisa patrocinados, publicações em periódicos revisados por pares e capítulos de livros.
