As baterias convencionais são amplamente feitas de lítio, um metal que, embora tenha alta eficiência, traz uma série de riscos ambientais e de segurança. Por isso, pesquisadores vêm tentando desenvolver baterias de elementos alternativos ao lítio, como sódio e potássio, elementos mais fáceis e baratos de encontrar na natureza.
Uma das pesquisas tem à frente Aldo José Gorgatti Zarbin, professor do Departamento de Química da Universidade Federal do Paraná (UFPR) e que pesquisa o tema há 28 anos. O docente, junto com pesquisadores do laboratório que coordena, o Grupo de Química de Materiais (GQM), usou o sódio encontrado no sal de cozinha para criar um protótipo de bateria funcional que reúne, simultaneamente e de forma inédita para o setor, três características: ela é flexível, transparente e funciona em meio aquoso, eliminando riscos de explosões.
A bateria foi desenvolvida durante o mestrado, o doutorado e o projeto de pós-doutorado da pesquisadora Maria Karolina Ramos. Os atributos possibilitam uma série de aplicações inovadoras das baterias, desde eletrônicos vestíveis até janelas inteligentes.
O estudo foi capa recente da revista Sustainable Energy & Fuels ( Eco-friendly, transparent, flexible and aqueous sodium-ion battery – Sustainable Energy & Fuels – RSC Publishing) da Royal Society of Chemistry. A pesquisa ainda rendeu uma premiação ao professor no Prêmio Paranaense de Ciência e Tecnologia, iniciativa do governo do Paraná que reconhece profissionais que contribuem para a produção científica e tecnológica do estado.
A motivação para o desenvolvimento da bateria, além de suas diferentes aplicações, também foi pensando na descarbonização da matriz energética, em uma busca por fontes de energia renováveis.
“Há pouco tempo tivemos a COP 30, falando sobre energia limpa e como é fundamental que a gente elimine combustível fóssil, para parar de emitir gás carbônico”, afirma o docente. “Uma das formas de você pegar energia é solar. Mas e à noite, quando não tem sol, como fica? Precisamos de bateria para armazenar essa energia, por isso elas são extremamente importantes no processo de descarbonização e de energia limpa”.
“Por muito tempo, as baterias de íons de lítio dominaram a eletrônica portátil graças à sua alta capacidade de armazenamento e longa duração. A importância delas foi reconhecida até com o Nobel de Química de 2019 [para John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino, considerando as baterias de lítio uma revolução da eletrônica portátil]”, conta Maria Ramos. “Mas nem tudo são flores: essas baterias usam solventes orgânicos tóxicos e inflamáveis, podem causar curto-circuito e até explodir. Além disso, dependem de reservas de lítio, que é um elemento químico escasso. São reservas concentradas em poucos países e causam um grande dano ambiental na sua extração, o que tornam essas baterias muito caras”.
Toda a base do estudo é uma tecnologia de preparar materiais na forma de filme fino, que foi totalmente desenvolvida no meu laboratório. Isso significa conseguir preparar um material com uma espessura muito fina, muito fina mesmo, de poucos nanômetros de espessura.
A composição obtida com a nanoarquitetura consta no artigo “Nanoarchitected graphene/copper oxide nanoparticles/MoS2 ternary thin films as highly efficient electrodes for aqueous sodium-ion batteries”, publicada em 2023 por periódico da Royal Society of Chemistry.
O grupo liderado por Aldo Zarbin conseguiu encontrar uma bateria de íons de sódio que, além de ser flexível e transparente, também funciona em meio aquoso. Isso melhora um fator fundamental: a segurança.
Apesar de serem eventos raros, as baterias de íon-lítio estão sujeitas a riscos de explosões e incêndios, que podem ser causadas por danos físicos, superaquecimento e envelhecimento. Isso porque o eletrólito das baterias de lítio é composto por um material inflamável e tóxico.
Ao substituir esses materiais por água, elimina-se o risco de inflamabilidade. Assim, baterias aquosas oferecem alta tolerância o contra manuseio incorreto, tornando-se mais segura em relação a potenciais curtos-circuitos que levem a explosões.
“Em síntese, a invenção apresenta um conjunto de vantagens técnicas e econômicas que a diferenciam significativamente das tecnologias existentes: é segura, ecológica, de baixo custo, leve, flexível e transparente, combinando sustentabilidade com alto desempenho”, afirma Maria Ramos.
“Tais características conferem elevado potencial de aplicação prática e comercial, tanto em dispositivos eletrônicos avançados quanto em sistemas de armazenamento de energia de grande escala, consolidando-a como uma alternativa viável e sustentável às baterias de íons de lítio tradicionais”.
Além da publicação do artigo, os pesquisadores do Grupo de Química de Materiais da UFPR solicitaram uma patente para a bateria de íon-sódio flexível, transparente e aquosa. São os primeiros passos visando uma futura chegada ao mercado.
