Bateria inspirada no intestino humano pode armazenar 5 vezes mais energia

Uma equipe de cientistas da Universidade de Cambridge no Reino Unido desenvolveu uma nova bateria inspirada na anatomia do intestino humano, com abordagem biológica, os pesquisadores poderiam abrir caminho para fontes de energia muito mais poderosas para nossos dispositivos digitais.

Ao invés de usar baterias de lítio-íon que usamos em smartphones e laptops, o protótipo usa uma célula de lítio-enxofre, e seu projeto que imita um intestino humano poderia finalmente fazer essas baterias durarem até 5 vezes mais. A pesquisa supera um dos principais inconvenientes das baterias de lítio-enxofre, que é a degradação muito mais rápida do que as células de íon de lítio, apesar de sua superior densidade de energia.

Quando uma bateria de lítio-enxofre descarrega, o enxofre no cátodo (eletrodo positivo da bateria) absorve lítio do ânodo (eletrodo negativo). Esta interação faz com que as moléculas de enxofre se transformem em estruturas em forma de corrente chamadas polissulfetos. Depois que a bateria passa por numerosos ciclos de descarga, a reação começa a forçar o cátodo, fazendo com que pedaços de polissulfetos se rompam e entrem no eletrólito da bateria – parte que une os dois eletrodos. Quando isso acontece, a bateria começa a degradar, pois perde seu material ativo que armazena energia.

E é aí que entra a inspiração intestinal

No corpo humano, nosso intestino delgado está alinhado com milhões de minúsculas protrusões chamadas vilosidades. Essas protrusões se estendem internamente nas paredes intestinais e nos ajudam a absorver nutrientes durante a digestão, aumentando a área de superfície do nosso revestimento intestinal em cerca de até 30 vezes. A partir desse princípio, a equipe desenvolveu um material de nanoestrutura leve que se assemelha às vilosidades. Assim, quando os polissulfetos se rompem, eles são capturados pelas protrusões e não perdidos no eletrólito.

A estrutura é como uma camada feita de minúsculos fios de óxido de zinco, cobrindo a superfície dos eletrodos da bateria. Esses fios prendem efetivamente o material ativo da bateria quando ele se solta, mantendo-o eletroquimicamente acessível ao cátodo e ao ânodo, impedindo a bateria de se degradar. “É pequena essa camada, mas é importante. Isso nos mostra um longo caminho através do problema que está impedindo o desenvolvimento de melhores baterias”, diz o cientista Paul Coxon da Universidade de Cambridge.

Apesar de as baterias de lítio-enxofre estarem em desenvolvimento há vários anos, é difícil comercializar a tecnologia devido à forma como as células perdem a capacidade quando o enxofre se dissolve no eletrólito. Mas graças à estrutura, isso pode não ser um problema daqui para frente. “É a primeira vez que uma camada quimicamente funcional com uma nanoarquitetura bem organizada foi proposta para aprisionar e reutilizar os materiais ativos dissolvidos durante o carregamento e descarga da bateria”, disse um dos pesquisadores, Teng Zhao.

“Tomando nossa inspiração do mundo natural, fomos capazes de chegar a uma solução que esperamos acelerar o desenvolvimento de baterias da próxima geração”, completou Zhao. Nos testes, a nanoestrutura mostrou que o protótipo só perdeu cerca de 0,05 por cento de sua capacidade de energia após 200 ciclos de carregamento, tornando-se quase tão estável quanto o íon de lítio, que varia entre 0,025 a 0,048 por cento de perda de capacidade média por ciclo.

Os pesquisadores reconhecem que ainda estejam na fase de protótipo, o que significa que pode levar anos até que vejamos baterias de lítio-enxofre em nossos smartphones, câmeras e consoles portáteis. Mas agora que sabemos estabilizar esta plataforma de energia, significa que estamos mais perto de baterias mais potentes, ultrapassando as limitações de lítio-íon.

“É uma maneira de contornar um desses pequenos problemas que afeta a todos. Estamos todos ligados aos nossos dispositivos eletrônicos e estamos apenas tentando fazer com que esses dispositivos funcionem melhor, esperançosamente, tornando nossas vidas um pouco mais agradáveis”, finalizou Coxon.

[ Science Alert ] [ Foto: Divulgação / Universidade de Cambridge ]