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Prêmio Nobel de Química vai para os pesquisadores que desenvolveram a bateria de íon-lítio


Os ganhadores do Prêmio Nobel deste ano na área de Química foram anunciados hoje, e, mais uma vez, é um trio de pesquisadores, assim como ocorreu com o Nobel de Física e o Nobel de Medicina anunciados esta semana (1). Os três escolhidos foram os cientistas Jonh Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino pelo desenvolvimento das revolucionárias baterias de íon-lítio, as quais mudaram completamente a forma de armazenamento de energia e possibilitaram inúmeras conquistas no meio tecnológico.

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(1) Para saber mais, acesse: 

Todos os três pesquisadores contribuíram para a evolução das baterias leves e recarregáveis que hoje alimentam nossos aparelhos celulares e outras dispositivos eletrônicos portáteis, "fazendo possível também uma sociedade livre de combustíveis fósseis", segundo afirmou o Comitê do Nobel.

Goodenough, um Físico de estado-sólido da Universidade de Texas, com 97 anos de idade, se tornou o mais velho indivíduo a receber o Nobel. Os três pesquisadores irão receber 9 milhões de coroas Suecas (US$910 mil).

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Em uma bateria de íon-lítio, os íons de lítio se movem do eletrodo (ânodo) negativo para o eletrodo positivo (cátodo) através de um meio eletrolítico enquanto a bateria descarrega, então o fluxo é invertido quando a bateria é recarregada.


Enquanto trabalhava para a companhia de petróleo Exxon na década de 1970, Whittingham, o qual está agora na Universidade do Estado de New York, em Binghamton, propôs a ideia de baterias de lítio recarregáveis e desenvolveu um protótipo que usava um ânodo de lítio metálico e um cátodo constituído de dissulfeto de titânio (TiS2). Até essa época, as baterias recarregáveis disponíveis usavam fortes ácidos (sulfúrico, H2SO4, por exemplo) ou bases (hidróxido de potássio, KOH, por exemplo) como constituintes dos eletrólitos aquosos, e ofereciam alta difusão de cátions-íons hidrogênios (H+). As células mais estáveis usavam um eletrólito alcalino e uma camada de oxihidróxido de níquel (NiOOH) como o cátodo no qual H+ é inserido de forma reversível para formar o hidróxido de níquel [Ni(OH)2}. No entanto, um eletrólito aquoso limita bastante a tensão da célula e, portanto, a densidade de energia elétrica que a bateria pode entregar.

A nova bateria proposta por Whittingham tinha uma alta densidade energética e a difusão dos íons lítio para o cátodo era também reversível, tornando a bateria recarregável. A proposta era baseada em avanços sendo realizados desde 1967 com baterias recarregáveis que usavam eletrólitos sólidos, como a de sódio-enxofre. Mas mesmo otimizando a tecnologia de estado sólido dos eletrólitos, os altos custos de fabricação e as preocupações com questões de segurança ainda persistiram e não conseguiram emplacar a novidade para o mercado, mesmo com os incentivos proporcionados pela crise do petróleo nessa época, a qual expôs uma necessidade de fontes alternativas de energia e de armazenamento dessa energia. Uma das maiores preocupações era com um subproduto - dendritos no ânodo (lítio-whiskers) - que cresciam ao longo do eletrólito de TiS2, o qual podia fomentar a ignição desse último (composto inflamável).

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No final da década de 1970 e no início da década de 1980, Goodenough desenvolveu baterias recarregáveis com cátodos feitos de camadas de óxidos capazes de armazenar íons lítio (LiCoO2 ou LiNiO2). Essa modificação melhorou enormemente a densidade de energia, e o óxido de cobalto-lítio permaneceu como o material de escolha do cátodo para as baterias de íon-lítio.

Então, na década de 1980, Yoshino trouxe mudanças para os materiais nessas baterias que dramaticamente melhoraram a segurança e tornaram possível a produção comercial desses produtos. Seu design foi pioneiro no uso de materiais anódicos ricos em carbono (grafíticos, no caso), nos quais os íons de lítio poderiam ser inseridos. O trabalho de otimização de Yoshino teve início em 1981 e foi concluído em 1985. As baterias resultantes foram primeiro utilizadas com sucesso pela Sony Corporation para alimentar o primeiro telefone portátil do mundo.

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Hoje, de smarthpones e celulares até carros elétricos são sustentados pelas baterias de íon-lítio. Apesar desse poderoso impacto tecnológico, hoje os laboratórios ao redor do mundo estão trabalhando para desenvolver novas tecnologias que possam substituir essas baterias por outros meios de armazenamento de energia recarregáveis mais eficientes. Existe também um contínuo esforço para tornar as atuais baterias de íon-lítio mais seguras, mais sustentáveis e mais duráveis, já que no futuro próximo ainda estaremos dependentes delas, especialmente para a produção em larga-escala cada vez crescente de carros elétricos.

Atualmente, as baterias de íon-lítio são, além de eficientes e práticas, o casamento quase perfeito com as fontes renováveis de energia verde, ao serem capazes de armazenar a energia elétrica produzida por painéis solares, usinas eólicas e outros geradores não-poluidores.


> Referência: Nature (Blog)

Referência adicional: Nature

Leitura recomendada: Qual é a melhor forma de carregar a bateria do seu celular?

Prêmio Nobel de Química vai para os pesquisadores que desenvolveram a bateria de íon-lítio Prêmio Nobel de Química vai para os pesquisadores que desenvolveram a bateria de íon-lítio Reviewed by Saber Atualizado on outubro 09, 2019 Rating: 5

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