Bateria de água pode durar séculos e ser descartada no ambiente

Tecnologia que existe há décadas, as chamadas “baterias de água” têm como finalidade armazenar energia em grande escala, como a gerada por usinas solares e eólicas. Embora mais seguras e baratas do que as baterias de lítio, elas são menos duráveis e armazenam menos energia por volume, o que as torna pouco práticas para veículos.

Por usar água misturada com sais como meio (eletrólito) para transportar íons, esses dispositivos são mais seguros — porque a água não pega fogo nem explode — e mais baratos do que os de compostos químicos orgânicos, embora muitos ainda dependam de substâncias corrosivas que exigem descarte controlado.

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O problema tem uma causa química precisa: para conduzir bem os íons, muitas baterias aquosas usam ácido sulfúrico ou hidróxido de potássio — substâncias que “comem” progressivamente os eletrodos internos, diminuindo a capacidade de carga e o tempo de vida do dispositivo.

Buscando eliminar essas reações secundárias indesejadas, pesquisadores de universidades da China e de Hong Kong desenvolveram uma bateria de água com eletrólito de pH neutro, igual ao da água pura, e com composição não tóxica, apta ao descarte direto no ambiente conforme normas internacionais.

Segundo o estudo, publicado recentemente na revista Nature Communications, o eletrólito é uma solução de cloreto de magnésio ou cálcio — sais de baixo custo usados na produção de tofu. Não inflamável e segura, a bateria completou, no laboratório, 120 mil ciclos, mantendo 72,67% da capacidade, cerca de dez vezes mais do que as baterias de lítio.

O polímero que “expulsa” os prótons intrometidos

A nova bateria (centro) opera em pH 7,0, zona neutra destacada pelos autores como ecológica e estável

O segredo desse desempenho está no ânodo, o eletrodo negativo (que perde elétrons). Para sintetizá-lo, os pesquisadores testaram três variações de um material à base de carbono, com estrutura porosa e estável, projetadas especificamente para armazenar e liberar carga dentro da bateria.

Considerado mais eficiente em um eletrólito neutro contendo íons de magnésio e cálcio, o material escolhido foi o Hex-TADD-COP, sigla para um polímero com ligações químicas doadoras de elétrons. A característica acelera o transporte de íons, reduz o potencial de operação do eletrodo e aumenta a estabilidade da estrutura ao longo dos ciclos.

O mecanismo funciona assim: durante a descarga, os íons de magnésio ou cálcio “grudam” quimicamente em pontos específicos do material, permitindo a geração de corrente elétrica. No processo inverso, durante a recarga, esses íons se desprendem, com perdas mínimas de energia.

Enquanto no meio ácido os prótons do hidrogênio se “intrometem” no processo eletroquímico — causando a degradação da bateria —, em um ambiente com pH neutro, essa participação caiu para 0,51%, contra 41,58% em pH 2,5. Isso faz com que o sistema opere quase exclusivamente com os íons de magnésio e cálcio, os íons para os quais a bateria foi projetada.

Durabilidade e descarte seguro: o novo parâmetro para as baterias?

Principal gargalo das energias renováveis, um armazenamento seguro e duradouro é o nicho que a nova bateria de água quer ocupar • Creativeart/Magnific

Os 120 mil ciclos registrados no laboratório representam um marco para baterias de água. O resultado foi obtido com o eletrólito mantendo pH entre 4,91 e 7,02 ao longo de todo o processo — longe da acidez extrema das baterias convencionais — e não revelou metais pesados detectáveis, resultado raro nesse tipo de sistema.

Segundo os autores, o perfil químico garante que a célula completa atenda às normas internacionais de descarte direto no ambiente. Trata-se de uma vantagem estratégica crescente, principalmente em um cenário de expansão das energias renováveis.

Para sinalizar que o desempenho não se limita ao ambiente laboratorial, os pesquisadores também testaram a bateria em formato de célula tipo bolsa — mais próximo de uma configuração comercial — e obtiveram resultados estáveis por mais de três mil ciclos.

Embora o caminho até a produção comercial ainda exija novas etapas de validação, uma bateria que combina durabilidade excepcional em laboratório, eletrólito não inflamável e descarte simplificado representa uma proposta concreta para o armazenamento de energia limpa em escala.

Recarga rápida pode acelerar degradação de baterias de elétricos

Fonte: CNN Brasil