Notícia

Novos materiais podem permitir baterias implantáveis com maior vida útil

Divulgação, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

segunda-feira, 7 novembro 2022 06:35

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biomecânica. Cardiologia. Ciência dos Materiais. Cirurgia. Engenharia Biomédica. Química.

Nas últimas décadas, a pesquisa de baterias se concentrou amplamente em baterias recarregáveis ​​de íons de lítio, que são usadas em tudo, desde carros elétricos a eletrônicos portáteis, e melhoraram drasticamente em termos de acessibilidade e capacidade. Mas as baterias não recarregáveis ​​tiveram pouca melhoria durante esse período, apesar de seu papel crucial em muitos usos importantes, como em dispositivos médicos implantáveis.

Recentemente, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) encontraram uma maneira de melhorar a densidade de energia dessas baterias não recarregáveis, também chamadas de ‘primárias’. Eles dizem que isso pode permitir um aumento de até 50% na vida útil ou uma diminuição correspondente no tamanho e peso para uma determinada quantidade de energia ou capacidade de energia, além de melhorar a segurança, com pouco ou nenhum aumento no custo.

As novas descobertas, que envolvem a substituição do eletrólito convencionalmente inativo da bateria por um material ativo para entrega de energia, foram relatadas na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), em um artigo da Dra. Haining Gao, pós-doutoranda do MIT, de Alejandro Sevilla, estudante de pós-graduação do MIT, da Dra. Betar Gallant, professora de Engenharia Mecânica do MIT, e mais quatro pesquisadores do MIT e do instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).

Substituir a bateria em um marcapasso ou outro implante médico requer um procedimento cirúrgico, portanto, qualquer aumento na longevidade de suas baterias pode ter um impacto significativo na qualidade de vida do paciente, destacou a professora Betar Gallant. As baterias primárias são usadas para essas aplicações essenciais porque podem fornecer cerca de três vezes mais energia para um determinado tamanho e peso do que as baterias recarregáveis.

Essa diferença de capacidade, destacou a Dra. Haining Gao, torna as baterias primárias “críticas para aplicações onde o carregamento não é possível ou é impraticável”. Os novos materiais funcionam à temperatura do corpo humano, por isso seriam adequados para implantes médicos.

As baterias do marca-passo geralmente duram de 5 a 10 anos, e ainda menos se exigirem funções de alta tensão, como na desfibrilação. No entanto, para essas baterias,  “a tecnologia é considerada madura e não houve grandes inovações em química de células fundamentais nos últimos 40 anos”, disse a Dra. Haining Gao.

A chave para a inovação da equipe é um novo tipo de eletrólito – o material que fica entre os dois polos elétricos da bateria, o cátodo e o ânodo, e permite que os portadores de carga passem de um lado para o outro. Usando um novo composto líquido fluorado, a equipe descobriu que poderia combinar algumas das funções do cátodo e do eletrólito em um composto, chamado católito. Isso permite economizar muito do peso das baterias primárias típicas, disse a pós-doutoranda Haining Gao.

Embora existam outros materiais além desse novo composto que teoricamente poderiam funcionar em um papel católito semelhante em uma bateria de alta capacidade, “esses materiais têm tensões elétricas inerentes mais baixas que não correspondem às do restante do material em uma bateria de marca-passo convencional , um tipo conhecido como CFx. Como a saída geral da bateria não pode ser maior que a do menor dos dois materiais de eletrodo, a capacidade extra seria desperdiçada devido à incompatibilidade de tensão. Mas com o novo material, um dos principais méritos de nossos líquidos fluorados é que sua tensão elétrica se alinha muito bem com a do CFx”, explicou a professora Betar Gallant.

Em uma bateria CFx convencional, o eletrólito líquido é essencial porque permite que partículas carregadas passem de um eletrodo para o outro. Mas “esses eletrólitos são na verdade quimicamente inativos, então eles são basicamente um peso morto”, disse a Dra. Haining Gao. Isso significa que cerca de 50% dos principais componentes da bateria, principalmente o eletrólito, são materiais inativos. Mas no novo design com o material católito fluorado, a quantidade de peso morto pode ser reduzida para cerca de 20%”, disse a pesquisadora.

As novas células também fornecem melhorias de segurança em relação a outros tipos de produtos químicos propostos que usariam materiais católitos tóxicos e corrosivos. “Testes preliminares demonstraram uma vida útil estável por mais de um ano, uma característica importante para baterias primárias”, concluiu a pesquisadora.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: David L. Chandler, MIT News Office. Imagem: s série de imagens de lapso de tempo mostra o novo tipo de bateria sendo totalmente descarregada em um período de dias. No processo de descarga, o novo material ‘católito’ na célula da bateria fica quimicamente coberto em um composto avermelhado, de modo que a cor fica mais escura quanto mais descarregada. Fonte: Divulgação, MIT.

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