Tal como o nome indica, as baterias de metal-ar são dispositivos de armazenamento de energia em que um dos eletrodos, o ânodo, é formado por um metal e o outro, o cátodo, por ar. Essas baterias prometem um salto na capacidade com relação às atuais. A melhoria deve possibilitar a fabricação de dispositivos de desempenho superior e igual tamanho, ou, ainda, de desempenho semelhante e menor tamanho e custo.

Todavia, baterias de metal-ar estão em fase de desenvolvimento, e diversos estudos precisam ser feitos para compreendê-las detalhadamente e, dessa maneira, otimizá-las para as diversas aplicações. Só que, para realizar esses estudos experimentais, a instrumentação disponível nem sempre é adequada.

Um grupo de pesquisadores e estudantes ligados ao Programa de Armazenamento Avançado de Energia do CINE estava, justamente, estudando baterias de metal-ar (mais precisamente, de lítio-oxigênio), quando enfrentou a necessidade de desenvolver um dispositivo que permitisse analisar, em tempo real, o que acontece na superfície dos eletrodos enquanto a bateria está operando. Equipamentos desse tipo já existiam, mas nenhum deles permitia o controle da atmosfera no eletrodo – requisito essencial no estudo de baterias de metal-ar.

Depois de desenvolver cinco gerações de dispositivos, a equipe conseguiu chegar àquele que atende todas as suas necessidades. No final do ano passado, a equipe depositou um pedido de patente para proteger a invenção e, eventualmente, licenciá-la a algum interessado. A invenção poderia ser usada por pesquisadores de instituições de pesquisa ou da indústria que trabalhem com eletrodos que necessitem de atmosfera controlada.

O dispositivo é uma célula eletroquímica hermética com janelas que podem ser alteradas em função da técnica de análise que se deseje utilizar. Além disso, permite a passagem controlada de gases. Com essas características, o equipamento permite caracterizar as mudanças que ocorrem nos eletrodos e seus catalisadores durante as reações eletroquímicas próprias das baterias, em tempo real e sem necessidade de expor os eletrodos à contaminação do ambiente externo para levá-los até os diferentes instrumentos de caracterização.

De fato, um dos diferenciais do equipamento é a possibilidade de admitir diferentes técnicas de caracterização, como espectroscopia Raman, DRX, FTIR e XAS, as quais trazem informações complementares sobre a composição, morfologia e estrutura dos eletrodos. Através das janelas, especialmente desenvolvidas, é possível incidir a radiação que interessa para que, ao entrar em contato com o eletrodo, essa luz forneça as informações que se deseja obter. Além disso, o dispositivo foi projetado de modo que as análises possam ser feitas nas estações experimentais do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), onde as técnicas rendem resultados mais precisos.

A equipe responsável pelo desenvolvimento do dispositivo é formada pelos professores da UNICAMP Gustavo Doubek e Rubens Maciel Filho, as pós-docs Thayane Carpanedo de Morais Nepel e Chayene Gonçalves Anchieta, e os doutorandos André Navarro de Mirando e Letícia Frigerio Cremasco – todos membros ativos do CINE.

Referência da patente:

André Navarro de Miranda, Gustavo Doubek, Letícia Frigerio Cremasco, Thayane Carpanedo de Morais Nepel, Chayene Gonçalves Anchieta, Rubens Maciel Filho. Dispositivo eletroquímico para caracterização de eletrodos em regime dinâmico de operação. UNICAMP. BR 10 2020 026298. 21 de dezembro de 2020.