Baterias de água podem tornar-se uma alternativa mais segura e ecológica

A água e a eletrónica raramente combinam, mas, ao que parece, as baterias podem tirar partido de algum H₂O.

Ao substituir os eletrólitos químicos perigosos das baterias comerciais por água, cientistas criaram uma «bateria de água» reciclável e resolveram problemas fundamentais desta tecnologia emergente, que poderá constituir uma alternativa mais segura e ecológica.

Baterias de água: uma alternativa com metais menos tóxicos

As «baterias de água» são designadas formalmente por baterias aquosas de iões metálicos. Estes dispositivos recorrem a metais como o magnésio ou o zinco, cuja montagem é mais barata e que são menos tóxicos do que os materiais usados atualmente noutros tipos de baterias.

As baterias armazenam energia ao gerar um fluxo de eletrões do polo positivo, o cátodo, para o polo negativo, o ânodo. Libertam energia quando os eletrões percorrem o sentido inverso. O líquido no interior da bateria permite transportar eletrões entre os dois polos.

Numa bateria de água, o fluido eletrolítico é composto por água e alguns sais adicionados, em vez de substâncias como ácido sulfúrico ou sal de lítio.

O ponto decisivo é que a equipa responsável por este avanço encontrou uma forma de impedir que estas baterias de água entrem em curto-circuito. Isso ocorre quando se formam no ânodo metálico da bateria minúsculos crescimentos metálicos pontiagudos, chamados dendritos, que atravessam os compartimentos da bateria.

Embora seja improvável que a nova tecnologia substitua as baterias de iões de lítio num futuro próximo, mais investigação e desenvolvimento poderão permitir que as baterias de água se tornem, dentro de cerca de uma década, uma alternativa segura às de iões de lítio, afirma o autor principal, o cientista químico Tianyi Ma, da Universidade RMIT, em Melbourne, Austrália.

As baterias de iões de lítio, presentes em equipamentos que vão de computadores portáteis e telemóveis a bicicletas e automóveis elétricos, podem sobreaquecer e, em casos extremos, incendiar-se. Isto deve-se ao facto de o lítio ser um metal bastante reativo, imerso num eletrólito orgânico.

Devido a estas preocupações de segurança, os investigadores há muito procuram criar baterias com materiais diferentes, mas que ofereçam o mesmo desempenho e uma longevidade semelhante.

Como o revestimento de bismuto evita os dendritos

Um dos principais obstáculos à utilização de baterias aquosas de iões metálicos tem sido o crescimento de dendritos. Para o travar, os investigadores revestiram o ânodo de zinco da bateria com bismuto metálico, que oxida e forma ferrugem. Assim, cria-se uma camada protetora que impede a formação de dendritos.

Os ensaios dos investigadores mostraram que esta característica também prolonga a vida útil dos protótipos de baterias de água, que conservaram mais de 85 por cento da sua capacidade após 500 ciclos.

Segundo Royce Kurmelovs, do The Guardian, a equipa já desenvolveu protótipos aquosos de baterias do tamanho das usadas em relógios, bem como baterias cilíndricas semelhantes às pilhas AA ou AAA.

A equipa está a trabalhar para aumentar a densidade energética das suas baterias de água, com o objetivo de as tornar comparáveis às baterias compactas de iões de lítio presentes em dispositivos de bolso.

O magnésio é o material preferido dos investigadores, por ser mais leve do que o zinco e apresentar maior potencial de densidade energética. Ma afirma que, se as baterias de iões de magnésio puderem ser comercializadas, esta tecnologia poderá substituir as volumosas baterias de chumbo-ácido dentro de alguns anos.

As baterias de chumbo-ácido têm baixa densidade energética e são utilizadas para ligar motores de automóveis a gasolina ou gasóleo, assim como no armazenamento de energia em redes elétricas de grande escala. Contudo, por conterem chumbo e ácidos perigosos, não podem ser eliminadas e têm de ser recicladas em instalações especializadas.

A reciclagem ou reutilização de baterias de iões de lítio é também uma prioridade, tendo em conta o aumento previsto da procura destas baterias e dos metais necessários para as produzir, à medida que o mundo eletrifica os seus sistemas energéticos para abandonar os combustíveis fósseis e combater as alterações climáticas.

«Ao responder aos desafios de eliminação no fim de vida que consumidores, indústria e governos de todo o mundo enfrentam com a atual tecnologia de armazenamento de energia, as nossas baterias podem ser desmontadas em segurança, e os materiais podem ser reutilizados ou reciclados», afirma Ma.

Armazenamento de energia solar com baterias de água

Em termos de aplicações práticas, os investigadores ligaram o seu projeto de bateria a um painel solar e a uma luz solar de 45 watts, que a bateria manteve acesa durante 12 horas após um dia de carregamento. Trata-se de uma demonstração em pequena escala do potencial das «baterias de água» para armazenamento de energia renovável, que deverá incentivar mais investigação.

O estudo foi publicado na revista Advanced Materials.