Pesquisadores testam novo titânio

Cientistas do Forschungszentrum Jülich desenvolveram e testaram com sucesso em laboratório uma nova bateria de titânio/ordem_t/'>titânio-ar em cooperação com pesquisadores do Technion - Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa. Esta é a primeira vez que são publicados resultados experimentais de tal bateria em que o titânio é usado como material ativo. O metal é interessante como material de armazenamento de eletricidade porque cada átomo pode doar até quatro elétrons para transferência de carga, sendo ao mesmo tempo relativamente leve e extremamente resistente.

Bateria de titânio-ar

Centro de Pesquisa Jülich / Ralf-Uwe Limbach

Esboço da bateria de titânio-ar

Centro de Pesquisa Jülich / Marcel Kaltenberg

O titânio é conhecido como um material passivo e estável. Os pesquisadores conseguiram utilizar seu potencial eletroquímico para o armazenamento de energia elétrica aplicando um líquido iônico chamado EMIm(HF)2.3F. Os líquidos iônicos consistem em sais com ponto de fusão atípico, muito baixo, que são usados em uma variedade de aplicações devido às suas propriedades elétricas e materiais especiais.

As baterias de titânio-ar teoricamente têm duas a três vezes a densidade de energia das baterias de zinco-ar, que são usadas hoje como células-botão padrão em aparelhos auditivos, módulos de controle e sensores. A tensão teoricamente alcançável da bateria de titânio-ar está em uma faixa semelhante à das baterias de zinco-ar. Em experimentos, uma tensão média de célula de até 1,2 volts e correntes de descarga relativamente altas de até 0,75 mA cm-2 podem ser medidas.

Nas baterias de metal-ar, o metal contido reage com o oxigênio do ar para liberar energia elétrica. Este tipo de bateria ocupa, portanto, uma posição especial entre as baterias, uma vez que um dos dois parceiros de reação, o oxigênio, é obtido do ar ambiente por meio de um eletrodo especial e não precisa ser mantido na bateria. Portanto, densidades de energia significativamente maiores podem ser obtidas com esses sistemas do que com tipos de bateria comuns, pelo menos em teoria.

Por esta razão, as baterias de metal-ar são particularmente adequadas para aplicações onde um tamanho compacto é importante. Outra área potencial de aplicação é em sistemas de armazenamento estacionários de grande escala que usam materiais de baixo custo, comuns e não tóxicos. Por exemplo, o titânio, embora conhecido como um material caro, é muito mais barato que o lítio em termos de custos de material, mas é mais caro que o alumínio. O titânio é o nono material que ocorre com mais frequência na crosta terrestre, de modo que os recursos disponíveis são correspondentemente abundantes.

Materiais anódicos para baterias de metal-ar, zinco, alumínio, ferro e silício para baterias de silício-ar são o foco principal da pesquisa. O titânio, por outro lado, dificilmente foi considerado um material ativo e os resultados experimentais ainda não estão disponíveis.

O desenvolvimento do novo conceito de bateria foi realizado em estreita cooperação entre o Dr. Yasin Emre Durmus, do Instituto Jülich de Pesquisa de Energia e Clima (IEK-9), liderado pelo professor Rüdiger-A. Eichel e o professor Yair Ein-Eli do Technion, que passou um período sabático de sete meses no IEK-9 como parte da Cooperação Umbrella entre Forschungszentrum Jülich, o Technion e a RWTH Aachen University.

Yasin Emre Durmus, Marcel Kaltenberg, Krzysztof Dzieciol, Maximilian Schalenbach, Danny Gelman, Boris Shvartsev, Hermann Tempel, Hans Kungl, Rüdiger-A. Bolota, Yair Ein-Eli; Quebrando a parede de passividade dos metais: Exempli gratia bateria não aquosa de Ti-ar: Chemical Engineering Journal, Volume 461, 2023

Nova tecnologia de bateria tem potencial para reduzir significativamente os custos de armazenamento de energia

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