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May 30, 2023

Alumínio

As baterias de íon de alumínio são vistas como uma alternativa promissora às baterias convencionais que utilizam matérias-primas escassas e difíceis de reciclar, como o lítio. Isso ocorre porque o alumínio é um dos

As baterias de íon de alumínio são vistas como uma alternativa promissora às baterias convencionais que utilizam 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 menos caro que o lítio. No entanto, o desenvolvimento de tais baterias de iões de alumínio ainda está numa fase inicial, uma vez que ainda faltam materiais de eléctrodos adequados que proporcionem capacidade de armazenamento suficiente. Uma equipe de pesquisa liderada por Gauthier Studer e liderada pela Profa. Birgit Esser da Universidade de Ulm e Prof. de um polímero redox orgânico à base de fenotiazina. No experimento, baterias de alumínio com esse material de eletrodo armazenaram uma capacidade anteriormente inatingida 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 foram publicados na revista Energy & Environmental Science.

O diagrama esquemático da bateria mostra o processo redox no qual o material do eletrodo é oxidado e os ânions aluminato são depositados.

Birgit Esser (CC BY-NC 3.0: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)

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 ânions [AlCl4] - reversivelmente durante o carregamento. Os pesquisadores usaram o líquido iônico cloreto de etilmetilimidazólio como eletrólito com adição de cloreto de alumínio. “O estudo das baterias de alumínio é um campo de pesquisa estimulante, com grande potencial para futuros sistemas de armazenamento de energia”, afirma Gauthier Studer. “Nosso foco está no desenvolvimento de novos materiais orgânicos redox-ativos que apresentem alto desempenho e propriedades reversíveis. Ao estudar as propriedades redox da 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. ”

A poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) deposita os ânions [AlCl4]- 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 equipa de investigação ainda tem 88 por cento da sua capacidade a 10 C, ou seja, a 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 taxas C rápidas, 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 .

G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing e B. Esser, Energy Environ. Ciências, 2023

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Publicação original

G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing e B. Esser, Energy Environ. Ciências, 2023

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