🔋 As baterias orgânicas, o futuro do armazenamento de energia?

A eletrificação depende, entre outros fatores, do desenvolvimento massivo de baterias que utilizam materiais de eletrodo à base de metais frequentemente raros e caros. Uma equipe franco-alemã de cientistas propõe uma alternativa promissora a esses materiais: materiais orgânicos à base de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio para a elaboração de baterias puramente moleculares, mais baratas e mais respeitosas com o meio ambiente. Um estudo a ser encontrado na ACS Applied Polymer Materials.

As atuais baterias de íons de lítio dependem amplamente do uso de metais críticos, às vezes tóxicos, cuja extração e reciclagem apresentam problemas ambientais e geopolíticos. Há vários anos, os cientistas exploram alternativas, como as baterias orgânicas, fabricadas a partir de moléculas ricas em carbono, hidrogênio e nitrogênio.


Esses materiais apresentam várias vantagens: uma síntese menos intensiva em energia, partindo de recursos amplamente abundantes, melhor reciclabilidade e, principalmente, grande liberdade de design químico. Eles até abrem caminho para baterias moleculares totalmente livres de metais do tipo "ânion-íon". Um desafio importante, no entanto, permanece: identificar materiais para o eletrodo negativo capazes de operar em baixo potencial, mantendo sua estabilidade ao longo dos ciclos de carga e descarga.

Cientistas alemães da Universidade de Ulm e franceses do Instituto de Materiais de Nantes Jean Rouxel (CNRS/Universidade de Nantes) se interessaram por uma família de moléculas chamadas "superdoadores de elétrons". Esses compostos, muito ricos em elétrons, podem facilmente cedê-los durante reações eletroquímicas.

A equipe integrou pela primeira vez um desses motivos químicos, baseado no bi(benzimidazol), em vários polímeros destinados a servir como eletrodos negativos desse tipo de bateria ânion-íon. Dois desses materiais mostraram um comportamento particularmente interessante: eles operam em torno de 2,1 V vs Li+/Li, um valor notavelmente baixo para esse tipo de polímero orgânico.

Embora os polímeros testados tenham demonstrado capacidade de armazenar e liberar energia elétrica de forma reversível, seu desempenho diminui após vários ciclos. A equipe propõe uma pista para explicar esse fenômeno: durante as reações eletroquímicas, as moléculas reduzidas podem se transformar temporariamente em "carbenos", espécies químicas muito reativas capazes de danificar progressivamente o material.

Esses resultados orientarão futuras pesquisas para projetar materiais orgânicos à base de superdoadores de elétrons mais estáveis e eficientes.

Os polímeros estudados demonstram, no entanto, que é possível obter materiais operando em baixa tensão sem recorrer a metais. Eles também destacam a importância crucial da estabilidade química. Os futuros trabalhos deverão agora projetar arquiteturas moleculares capazes de preservar as propriedades eletrônicas do bi(benzimidazol) enquanto impedem a formação dessas espécies reativas. Uma etapa indispensável antes de considerar baterias orgânicas verdadeiramente duráveis e competitivas.

Redator: AVR.