Um elemento comum pode substituir os caros e escassos componentes das baterias de carros elétricos, segundo uma pesquisa co-liderada por um químico da Universidade Estadual de Oregon. O estudo, publicado na revista Science Advances, revela que o ferro, em vez de cobalto e níquel, pode ser usado como material de cátodo em baterias de íons de lítio. Xiulei “David” Ji, pesquisador da Oregon State, destaca a importância da descoberta: “Transformamos a reatividade do ferro metálico, a mercadoria metálica mais barata. Nosso eletrodo pode oferecer uma densidade de energia maior do que os materiais de cátodo de última geração em veículos elétricos.
E, como usamos ferro, cujo custo pode ser inferior a um dólar por quilograma, o custo de nossas baterias é potencialmente muito menor.” Atualmente, o cátodo representa 50% do custo de fabricação de uma célula de bateria de íons de lítio. Além de ser mais econômico, o cátodo à base de ferro proporciona maior segurança e sustentabilidade. A crescente demanda global por níquel e cobalto, impulsionada pela fabricação de baterias para eletrificação do setor de transporte, pode levar à escassez desses metais nas próximas décadas. Além disso, a densidade de energia do níquel e do cobalto já atingiu seu limite máximo. Qualquer aumento adicional poderia liberar oxigênio durante o carregamento, causando risco de incêndio.
O cobalto, sendo tóxico, pode contaminar ecossistemas e fontes de água se descartado inadequadamente. A pesquisa visa encontrar novas químicas de baterias mais sustentáveis. As baterias armazenam energia na forma de energia química, convertendo-a em energia elétrica necessária para alimentar veículos e dispositivos como celulares e laptops. Durante a descarga, os elétrons fluem do ânodo para um circuito externo e depois se acumulam no cátodo. Nas baterias de íons de lítio, os íons de lítio se movem através do eletrólito do ânodo para o cátodo durante a descarga e de volta durante a recarga. “O cátodo à base de ferro não será limitado por escassez de recursos”, destacando que o ferro é o elemento mais comum na Terra em termos de massa e o quarto mais abundante na crosta terrestre.
“Não vamos ficar sem ferro até que o sol se transforme em um gigante vermelho.” Ji e colaboradores aumentaram a reatividade do ferro projetando um ambiente químico com uma mistura de ânions de flúor e fosfato. Essa mistura permite a conversão reversível de uma combinação de pó de ferro, fluoreto de lítio e fosfato de lítio em sais de ferro. “Demonstramos que o design de materiais com ânions pode quebrar o teto de densidade de energia para baterias que são mais sustentáveis e custam menos”. “Não estamos usando algum sal mais caro em conjunto com o ferro — apenas os que a indústria de baterias já usa, além de pó de ferro. Para aplicar esse novo cátodo, não é necessário mudar nada — nenhum novo ânodo, linha de produção ou design de bateria. Apenas substituímos o cátodo.”
Ainda é necessário melhorar a eficiência de armazenamento. Atualmente, nem toda a eletricidade colocada na bateria durante o carregamento está disponível para uso na descarga. Ji acredita que essas melhorias serão alcançadas, resultando em uma bateria que funciona melhor, custa menos e é mais ecológica. “Com investimento, essa tecnologia não deve demorar para estar disponível comercialmente”. “Precisamos que visionários da indústria aloque recursos para este campo emergente. O mundo pode ter uma indústria de cátodos baseada em um metal quase gratuito comparado ao cobalto e ao níquel. E, enquanto é necessário grande esforço para reciclar cobalto e níquel, o ferro simplesmente se transforma em ferrugem se descartado.”
