Nova bateria de lítio atinge mais de 700 Wh/kg de densidade e opera a -50 °C

Uma equipe de pesquisa da China desenvolveu um novo eletrólito de hidrofluorocarbono que rompe os limites atuais de desempenho das baterias. Publicado na revista Nature, o estudo revela um solvente capaz de fornecer densidades de energia superiores a 700 Wh/kg em temperatura ambiente e aproximadamente 400 Wh/kg a -50 °C (122 °F). Isso supera significativamente o desempenho das baterias convencionais de veículos elétricos, que normalmente atingem um pico de cerca de 270 Wh/kg em condições normais, revelando um novo potencial para o setor aeroespacial, armazenamento em rede e transporte elétrico em climas extremos.

Historicamente, os eletrólitos das baterias dependem de ligantes à base de oxigênio e nitrogênio para transportar cargas entre o cátodo e o ânodo. No entanto, esses materiais tradicionais criam uma forte ligação que frustra a transferência de carga na interface eletrodo-eletrólito, limitando seriamente o desempenho durante a operação em baixa temperatura ou o carregamento rápido. Para superar isso, os pesquisadores sintetizaram seis solventes de hidrofluorocarbono monofluorados. Ao projetar especificamente os ligantes à base de flúor com impedimento estérico ajustado e basicidade de Lewis, a equipe melhorou a dissolução do sal de lítio para mais de 2 mol/L.

O solvente de destaque, o 1,3-difluoropropano, demonstrou propriedades excepcionais, incluindo uma baixa viscosidade de 0,95 centipoise e uma alta estabilidade de oxidação acima de 4,9 volts. Ao incorporar átomos de flúor na primeira camada de solvatação, a coordenação fraca resultante facilita o revestimento e a remoção de lítio altamente eficientes. Esse mecanismo alcança uma eficiência coulombiana de 99,7% e uma densidade de corrente de troca de magnitude total maior do que a dos sistemas tradicionais baseados em oxigênio a -50 °C (122 °F).

Os testes foram bem-sucedidos em células de bolsa de lítio-metal operando com quantidades de eletrólito inferiores a 0,5 gramas por ampere-hora. De acordo com os pesquisadores, essa química de coordenação de flúor vai além dos limites tradicionais de projeto eletroquímico. A modulação futura das proporções de carbono e flúor poderia produzir variações ainda mais estáveis e de alto ponto de ebulição acima de 100 °C (212 °F), estabelecendo um caminho promissor para elevar ainda mais a potência e a densidade de energia dos sistemas de armazenamento de energia da próxima geração.