Chimia veche dă șoc bateriilor moderne

SAN JOSE, California — O chimie foarte veche poate oferi un nou truc pentru a face baterii mai bune.

Oamenii de știință au dezvoltat o strategie care face bateriile pe bază de sulf mult mai eficiente prin exploatarea reacțiilor chimice descoperite în anii 1800. Cercetarea, descrisă pe 14 februarie la reuniunea anuală a Asociației Americane pentru Avansarea Științei, aduce oamenii de știință mai aproape de dezvoltarea bateriilor ieftine și de lungă durată pentru alimentarea mașinilor și calculatoarelor sau pentru a stoca energie pentru rețeaua electrică.

Bateriile cu litiu-sulf sunt o alternativă promițătoare la bateriile litiu-ion, bateriile reîncărcabile folosite în telefoane mobile, laptopuri și alte dispozitive electronice de larg consum. Sulful este ușor, abundent și ieftin, iar bateriile cu litiu-sulf ar trebui să poată stoca mult mai multă energie decât varietatea litiu-ion. Dar bateriile pe bază de sulf mor rapid, deoarece sulful folosit ca catod tinde să se dizolve în soluția de electrolit prin care se deplasează ionii pe măsură ce bateria se încarcă și se descarcă. Acum, oamenii de știință conduși de Linda Nazar de la Universitatea Waterloo din Canada au descoperit o modalitate de a stabiliza catodul de sulf.

Trucul a fost să găsești un intermediar chimic care să se lege de sulf și să-l împiedice să se dizolve, a spus Nazar. Fără un intermediar, sulful există în inele de opt atomi care, pe măsură ce primesc electroni, se sparg în lanțuri de sulf de diferite lungimi. Aceste bucăți de sulf – din punct de vedere tehnic polisulfuri – se dizolvă și tind să se deplaseze către electrodul negativ al bateriei, strălucind suprafața și provocând un scurtcircuit al bateriei.

„Sulful este într-adevăr moale cu electroni”, a spus Nazar. „Toate aceste polisulfuri își fac dansul molecular și merg peste tot.”

Așa că Nazar și echipa ei au început să caute ceva care să prindă sulful în loc. După ce au testat mai multe materiale, ea și colegii ei au descoperit că foile supersubțiri de dioxid de mangan fac truc, prind compușii intermediari de sulf, astfel încât aceștia să nu se dizolve. Oamenii de știință cred că, pe măsură ce oxidul de mangan apucă lanțurile de sulf, scuipă alte lanțuri de sulf care nu sunt solubile, astfel încât acestea să nu se rătăcească în soluția de electrolit.

„Le leagă și le cade pe suprafața catodului”, a spus Nazar. Chimia precisă a moleculelor de sulf nu este complet înțeleasă, dar elementele fundamentale ale reacției se dovedesc a fi fost descrise de chimistul german Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder în anii 1840.

Cercetarea este un exemplu de oameni de știință care elaborează noi strategii pentru a depăși obstacolele unei mai bune stocări de energie. „Noile materiale sunt foarte importante”, a spus chimistul Yi Cui de la Universitatea Stanford.

Catozii de sulf-oxid de mangan produc baterii care ar permite unei mașini să meargă de trei ori mai departe decât ar fi acumulate actuale înainte de a avea nevoie de reîncărcare, a spus Nazar. Iar bateriile fabricate cu catozi de sulf ar putea funcționa bine și pentru a alimenta telefoanele mobile și pentru a stoca energie într-o rețea electrică.