Pesquisa na UFSCar busca alternativa no zinco para armazenar energia

Uma pesquisa desenvolvida na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) investiga uma alternativa baseada em baterias de íon zinco. O trabalho integra o doutorado de Anderson Silva Feliciano, no Programa de Pós-Graduação em Química (PPGQ), sob orientação de José Mario de Aquino, docente do Departamento de Química (DQ), e visa procurar formas mais seguras, acessíveis e sustentáveis de armazenar energia além das baterias de íon lítio, hoje dominantes no mercado. Fontes como solar e eólica geram energia de forma intermitente e, sem armazenamento eficiente, não conseguem sustentar o fornecimento contínuo.

Atualmente, essa função é desempenhada principalmente pelas baterias de íon lítio, mas envolvem custos ambientais e limites de escala. A produção depende de mineração intensiva, com alta emissão de CO₂, além de enfrentar restrições de disponibilidade de recursos naturais. Estima-se que as reservas de lítio não serão suficientes para sustentar uma transição energética completa, como uma frota totalmente eletrificada. Há também competição com outros usos, como na produção de medicamentos. "O zinco surge como alternativa, por ser mais abundante e de menor custo e por permitir operação em meio aquoso, o que aumenta a segurança do dispositivo. Também há diferenças na cadeia produtiva. Alguns componentes das baterias convencionais estão associados a regiões com conflitos socioambientais, como o cobalto na República Democrática do Congo. É nesse sentido que o zinco traz vantagens", afirma Aquino.

No entanto, as baterias de zinco ainda enfrentam limitações técnicas, especialmente nos materiais utilizados no cátodo, o polo positivo do dispositivo. É nesse ponto que o estudo concentra sua contribuição. O estudo investigou compostos orgânicos da família das fenazinas como alternativa aos materiais tradicionais. Diferentemente dos compostos inorgânicos, que dependem de mineração e processamento intensivo, essas moléculas podem ser produzidas por biossíntese - ou seja, por meio de organismos vivos em processos controlados. "Nesse caso, modificamos geneticamente bactérias conhecidas e seguras, como a Escherichia coli, para que elas passem a sintetizar o material de interesse. A produção ocorre em biorreatores: basta inserir uma pequena quantidade da bactéria e fornecer nutrientes, como carboidratos, para que ela se reproduza e produza o composto", explica Adilson José da Silva, docente do Departamento de Engenharia Química (DEQ) da UFSCar e também parceiro na pesquisa.

O processo ocorre em condições próximas às ambientais, sem necessidade de altas temperaturas ou pressões, o que reduz o impacto ambiental. Além disso, permite ajustar a estrutura química das moléculas com mais facilidade. "A pesquisa analisou a fenazina e três derivados, que apresentaram comportamentos distintos. Pequenas modificações na estrutura química influenciam diretamente nas propriedades como capacidade de armazenamento de energia e estabilidade ao longo do tempo", afirma Aquino.

Na pesquisa, os materiais mantiveram o desempenho após cerca de mil ciclos de carregamento e descarregamento, um resultado relevante uma vez que enfrenta uma limitação conhecida desses sistemas. "Em meio aquoso, o produto formado durante o uso pode se dissolver no eletrólito. Com isso, há perda de material e queda de desempenho ao longo do tempo. Conseguimos contornar esse problema com o uso de um substrato específico, resultado de pedido de patente depositado com o apoio da Agência de Inovação (AIn.UFSCar)", explica Aquino. Os resultados indicam que é possível desenvolver baterias com bom desempenho e menor impacto ambiental, ampliando as possibilidades para tecnologias de armazenamento de energia mais sustentáveis e acessíveis.

A pesquisa segue em desenvolvimento, com frentes voltadas à criação de eletrólitos quase-sólidos - com consistência intermediária entre líquido e sólido - para tornar o dispositivo imune a vazamentos, à substituição de materiais auxiliares por alternativas nacionais e à investigação de novas moléculas orgânicas. O estudo deu origem ao artigo "Assessing the electrochemical performance of different phenazines as cathodes for Zn-ion batteries", publicado na revista Journal of Energy Storage, disponível neste link. Além de Feliciano, Aquino e Silva, assinam o trabalho Alejandro Lopez-Castillo, do DQ; José Davi dos Santos Neves, do DEQ; Mattheos A. G. Koffas, do Rensselaer Polytechnic Institute (Estados Unidos); e Peter Hammer, da Universidade Estadual Paulista (Unesp).