Nanotubos para melhorar baterias

Cientistas do MIT aplicam nanotubos de carbono como eletrodos e conseguem aumentar em até dez vezes a capacidade energética de baterias de íons de lítio (MIT)

Agência FAPESP – Um dos maiores problemas para a popularização dos automóveis elétricos é o desenvolvimento de baterias mais eficientes e de menores tamanho e custo. Um grupo de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, acaba de encontrar uma possível de solução, com base na nanotecnologia.

Os pesquisadores verificaram que usar nanotubos de carbono como eletrodos em uma bateria de íons de lítio levou a um aumento muito expressivo – de até dez vezes – na capacidade energética de uma bateria do tipo usada atualmente.

O estudo foi publicado neste domingo (20/6) na revista Nature Nanotechnology. De acordo com os autores, os nanoeletrodos podem ter muitas aplicações, inicialmente em pequenos aparelhos e, futuramente, em produtos que exigem maior quantidade de energia armazenada para funcionar, como automóveis.

Para produzir o novo material, o grupo do MIT usou um método de fabricação por camadas, no qual o material utilizado como base foi mergulhado seguidamente em soluções contendo nanotubos de carbono tratados com compostos orgânicos simples que produzem cargas positivas ou negativas.

Quando as camadas são alternadas na superfície, elas se unem fortemente, por causa das cargas complementares, levando à produção de um filme estável e durável.

Baterias como as de íons de lítio, muito comuns em eletrônicos portáteis, são feitas de três componentes básicos: dois eletrodos (o negativo ânodo e o positivo cátodo) separados por um eletrólito (um material condutivo por meio do qual partículas carregadas – os íons – podem se mover facilmente).

Quando essas baterias estão em uso, íons de lítio carregados positivamente se deslocam pelo eletrólito em direção ao cátodo, produzindo uma corrente elétrica. Quando são recarregadas, uma corrente externa faz com que esses íons se movam na direção oposta e ocupem os espaços no material poroso do ânodo.

No novo eletrodo, nanotubos de carbono – folhas de átomos de carbono enroladas em tubos com bilionésimos de metro – se uniram fortemente em uma estrutura porosa. Os nanotubos também podem armazenar na sua superfície grande quantidade de íons de lítio, o que faz com que as estruturas possam atuar como eletrodos positivos em baterias.

“Esse processo de automontagem eletrostática é importante porque, geralmente, nanotubos de carbono em uma superfície tendem a grudar uns nos outros em espécies de pacotes, diminuindo a superfície total onde podem ocorrer as reações”, disse Paula Hammond, professora de química do MIT e um dos autores do estudo.

Ao incorporar moléculas orgânicas nos nanotubos, os pesquisadores conseguiram reuni-los em uma forma com alto grau de porosidade, mesmo com um grande número de nanotubos.

Além da maior potência de saída, os eletrodos feitos de nanotubos de carbono apresentaram elevada estabilidade. Após 1 mil ciclos de carga e descarga para testar as baterias, não houve, segundo o estudo, mudança observável na performance do material.

O artigo High-power lithium batteries from functionalized carbon nanotube electrodes (doi: 10.1038/nnano.2010.116), de Paula Hammond e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com/nano.

Fonte: Agência Fapesp