Nova liga de magnésio e estanho melhora estabilidade e transporte de íons em baterias de estado sólido
Pesquisadores da Universidade de Tohoku, no Japão, desenvolveram uma nova liga metálica de magnésio e estanho que promete avançar significativamente o desempenho das baterias de estado sólido baseadas em magnésio. O estudo apresenta uma abordagem inovadora que, em vez de tentar suprimir as reações na interface entre o eletrólito sólido e o eletrodo, busca equilibrá-las de forma controlada. Os resultados mostraram que a interface permaneceu estável por mais de 1.300 horas, o que representa um aumento de aproximadamente 400 vezes em relação ao desempenho convencional.
As baterias de estado sólido utilizam um eletrólito sólido em vez do líquido encontrado nas baterias convencionais, o que pode oferecer maior segurança e densidade energética. No entanto, um dos principais obstáculos para o avanço das baterias de magnésio de estado sólido são as chamadas reações interfaciais, ou seja, as reações químicas que ocorrem na superfície de contato entre o eletrólito sólido e o eletrodo. Historicamente, essas reações eram consideradas prejudiciais, pois tendem a degradar o desempenho da bateria ao longo do tempo.
A equipe liderada por Hao Li, professor titular do Instituto Avançado de Pesquisa em Materiais da Universidade de Tohoku, descobriu que, no caso específico das baterias de magnésio de estado sólido, essas reações interfaciais são na verdade essenciais para melhorar a eficiência do dispositivo, desde que sejam cuidadosamente controladas. O professor Li destacou que, por muito tempo, as reações interfaciais foram tratadas como algo a ser evitado, mas os resultados da pesquisa demonstram que, quando guiadas de forma adequada, elas podem fazer com que as baterias de magnésio de estado sólido funcionem de maneira muito mais eficaz.
A estratégia adotada pelos pesquisadores consistiu em adicionar estanho ao magnésio para formar uma nova liga como material do anodo, o polo negativo da bateria. A combinação desses dois elementos gera uma fase estável conhecida como Mg2Sn, que atua como um regulador das reações internas do dispositivo. Essa fase ajuda a controlar e equilibrar as reações interfaciais, permitindo que elas contribuam positivamente para o funcionamento da bateria em vez de degradá-la.
A liga otimizada de magnésio e estanho demonstrou desempenho eletroquímico significativamente melhorado, incluindo um comportamento de ciclagem mais estável, ou seja, a capacidade da bateria de ser carregada e descarregada repetidamente sem perda significativa de desempenho. Os testes indicaram que o aumento da estabilidade da interface entre o eletrólito sólido e o eletrodo foi um fator determinante para os resultados expressivos obtidos.
O estudo também envolveu a avaliação do desempenho eletroquímico comparativo entre anodos de magnésio puro e anodos da nova liga de magnésio com estanho. Os resultados confirmaram que a presença controlada da fase Mg2Sn no material do anodo proporcionou uma melhoria substancial tanto na estabilidade quanto no transporte de íons de magnésio dentro da bateria, dois fatores considerados críticos para a viabilidade dessa tecnologia.
A descoberta pode representar um passo importante para tornar as baterias de magnésio de estado sólido uma alternativa competitiva em relação às baterias de íons de lítio amplamente utilizadas hoje. O magnésio é um material mais abundante e sustentável do que o lítio, o que confere a essa tecnologia um potencial significativo para aplicações futuras em armazenamento de energia. A pesquisa da Universidade de Tohoku demonstra que repensar a forma como as reações interfaciais são tratadas pode abrir novos caminhos para o desenvolvimento de baterias mais eficientes e duradouras.
