Imagem de microscopia de transmissão eletrônica de partículas de trifosfato de dititânio e sódio antes (A e B) e depois (C e D) de 421 ciclos de carga e descarga (imagem: Current Opinion in Electrochemistry) .

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Soluções aquosas altamente concentradas de eletrólitos, os chamados “eletrólitos água-em-sal” (water-in-salt electrolytes), podem ser uma alternativa às soluções baseadas em solventes orgânicos, atualmente utilizadas em baterias de automóveis e outros dispositivos eletroquímicos.

Abundância (e, portanto, baixo custo) e não toxicidade são fatores-chave para tal aplicação. Esta foi a conclusão do artigo de revisão Water-in-salt electrolytes for high voltage aqueous electrochemical energy storage devices, publicado por Vitor Leite Martins e Roberto Manuel Torresi, ambos do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), no periódico Current Opinion in Electrochemistry.

O trabalho foi produzido no âmbito do pós-doutorado de Martins, supervisionado por Torresi, e do Projeto Temático “Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nanoestruturados e suas aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão/armazenamento de energia”, coordenado por Torresi, ambos apoiados pela FAPESP.

“A expressão ‘eletrólitos água-em-sal’ refere-se a soluções que apresentam altíssima concentração de sal em quantidade muito pequena de água. A água é suficiente apenas para dissolver os íons, isto é, para promover a solvatação. Mas não existe água livre no sistema, como acontece nas soluções comuns”, disse Torresi à Agência FAPESP.

O pesquisador informou que isso só pode ocorrer quando a molécula do sal a ser dissolvido é composta por um ânion bem grande e um cátion bem pequeno. É o caso, por exemplo, do bis (trifluorometano) sulfonimida de lítio (CF3SO2NLiSO2CF3). O mesmo não se dá com o cloreto de sódio (NaCl), o sal comum de cozinha, que possui cátion e ânion com tamanhos muito próximos.

“Como não existe água livre nessa solução ultraconcentrada, a eletrólise da água, que produz hidrogênio e oxigênio, torna-se muito mais difícil. Então, mesmo que o sistema tenha água, a janela de estabilidade eletroquímica da solução é muito maior”, afirmou Torresi.

Assim, essa proposta tecnológica inovadora, baseada na alta concentração de sal em água, soma grandes vantagens na comparação com a tecnologia convencional, que usa sal dissolvido em compostos orgânicos. Apesar disso, o uso tecnológico de “eletrólitos água-em-sal” também apresenta algumas dificuldades.

“A primeira é que, por ter pouquíssima água, a solução, altamente higroscópica, tende a captar a umidade do ambiente, mudando seu conteúdo de água. O segundo é que a solução aquosa ultraconcentrada possui forte poder de corrosão”, ponderou Torresi.

A propensão a captar umidade do ambiente é algo que os solventes orgânicos também têm, o que constitui um dos motivos pelos quais as baterias convencionais precisam ser blindadas. Quanto ao caráter corrosivo, isso realmente configura uma desvantagem, pois os solventes orgânicos utilizados nas baterias atuais de lítio praticamente não atacam os eletrodos, que são os únicos componentes metálicos do dispositivo.

Mas, segundo o pesquisador, esse inconveniente não deve ser superestimado. “A corrosão foi uma grande questão durante décadas. Hoje, sabemos como trabalhar os coletores de corrente elétrica. Com algumas adaptações, não será difícil enfrentar o problema da corrosão em uma eventual bateria aquosa”, disse.

O artigo Water-in-salt electrolytes for high voltage aqueous electrochemical energy storage devices pode ser lido em https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451910320300132.