Pesquisadores da Universidade de Oxford e da Universidade de Ciências de Tóquio publicaram estudos separados em 17 de dezembro detalhando os avanços nas velocidades de carregamento de baterias de íons de sódio e eletrólitos sólidos que mantêm a condutividade. Cientistas da Universidade de Ciências de Tóquio mostrou que as baterias de íon de sódio que usam eletrodos de carbono duro carregam mais rápido do que as baterias convencionais de íon de lítio. A equipe do professor Shinichi Komaba aplicou um método de eletrodo diluído, que envolve a mistura de partículas de carbono duro com óxido de alumínio eletroquimicamente inativo. Essa abordagem elimina congestionamentos de íons que ocorrem em eletrodos compostos densos durante o carregamento rápido. Os pesquisadores conduziram voltametria cíclica e análises eletroquímicas para avaliar o movimento dos íons. Suas medições indicaram que os íons de sódio viajam através do carbono duro mais rapidamente do que os íons de lítio. O coeficiente de difusão aparente, que quantifica a mobilidade iônica, mostrou-se maior para o sódio do que para o lítio em geral. Komaba afirmou: “Nossos resultados demonstram quantitativamente que a velocidade de carregamento de um SIB usando um ânodo HC pode atingir taxas mais rápidas do que a de um LIB”. O estudo revelou ainda que os íons de sódio precisam de menos energia de ativação para criar aglomerados pseudometálicos dentro de nanoporos de carbono duro. Esta propriedade faz com que a inserção do sódio no material seja menos afetada pelas variações de temperatura. A pesquisa de Tóquio foi publicada na revista Chemical Science. Essas descobertas estabelecem as capacidades intrínsecas de carregamento dos ânodos de carbono duro em baterias de íon de sódio em comparação com suas contrapartes de íon de lítio. Na Universidade de Oxford, Paul McGonigal e a estudante de doutorado Juliet Barclay desenvolvido eletrólitos à base de ciclopropênio. Esses materiais orgânicos retêm a condutividade iônica durante a transição do estado líquido para o sólido. Este desenvolvimento contraria a observação eletroquímica padrão de que a mobilidade dos íons cai drasticamente quando os líquidos se solidificam. A equipe sintetizou moléculas em forma de disco equipadas com cadeias laterais flexíveis. Após a solidificação, essas moléculas se automontam em estruturas colunares. O design espalha a carga positiva uniformemente sobre um núcleo molecular plano. Esta configuração evita o aprisionamento de íons negativos e mantém uma configuração permeável que suporta o transporte de íons. Barclay observou: “Demonstramos que é possível projetar materiais orgânicos para que a mobilidade iônica não congele quando o material solidifica”. Os testes do estudo confirmaram a condutividade constante nas fases líquida, de cristal líquido e sólida para diferentes tipos de íons. Publicado na Science, o trabalho de Oxford destaca um desempenho consistente em condutividade, independentemente do estado da fase. Os fabricantes podem aquecer esses eletrólitos até o estado líquido durante a montagem da bateria. O resfriamento produz então formas sólidas estáveis que evitam vazamentos e reduzem os riscos de incêndio sem comprometer a eficiência do movimento iônico.
