Uma bateria sintetizada com nanopartículas de chumbo e carbono e dotada de uma arquitetura inovadora, inspirada nas células a combustível de hidrogênio, é a aposta de um grupo do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), em São Paulo. O objetivo é criar um sistema de armazenamento de energia mais leve e eficiente do que as baterias de chumbo convencionais usadas em automóveis e aplicações industriais. Os resultados do trabalho foram publicados no periódico Journal of Energy Storage, em março. Um pedido de patente do dispositivo deverá ser submetido ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI).

“Nosso protótipo substitui os tradicionais eletrodos metálicos de chumbo das baterias tradicionais por nanopartículas de chumbo fixadas em um tecido de carbono flexível, muito mais leve e condutor do que o chumbo metálico”, explica o químico Almir Oliveira Neto, do Centro de Células a Combustível e Hidrogênio do Ipen, que liderou o projeto.

Outra novidade é o uso de um eletrólito polimérico sólido – uma membrana transportadora de prótons – no lugar do eletrólito líquido das baterias de chumbo-ácido. Em uma bateria automotiva, o eletrólito (ácido sulfúrico diluído em água) desempenha o papel de um elemento condutor transportando os íons elétricos entre o polo positivo (cátodo) e o negativo (ânodo) quando a bateria está sendo carregada ou descarregada.

“A membrana polimérica deu flexibilidade ao sistema e reduziu seu peso”, destaca o químico Rodrigo Fernando Brambilla de Souza, primeiro autor do artigo. A vantagem de eletrólitos sólidos é que eles são menos propensos a vazamentos e derramamentos, elevando a segurança da bateria. A ausência de líquidos também pode reduzir a corrosão interna e outros processos de degradação, prolongando a vida útil do sistema.

O protótipo da bateria, cujo desenvolvimento também envolveu o Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais do Ipen, mede cerca de 5 centímetros quadrados e têm 1,2 milímetro de espessura. Tem a forma de um sanduíche, com dois tecidos de carbono impregnados de nanopartículas de chumbo prensados a quente com a membrana transportadora de prótons no meio (ver infográfico abaixo). “A célula pesa apenas 0,73 grama [g] e, em testes laboratoriais, teve a mesma eficiência energética de uma pilha de chumbo tradicional de 15 g. É 20 vezes mais leve e seu tamanho foi reduzido em 90%”, diz Souza, atualmente em estágio de pós-doutorado no Ipen.