Cientistas da África do Sul, China e Turquia apresentaram um protótipo de bateria aquosa de íons de zinco que utiliza um hidrogel derivado de bambu como separador, alcançando mais de 1.000 ciclos de carga com quase 80 % da capacidade inicial preservada. O avanço reforça o potencial das baterias de zinco como alternativa de baixo custo e maior segurança em relação às tradicionais células de íons de lítio.
Hidrogel de bambu elimina a formação de dendritos
A pesquisa, liderada por Aoxue Lang, tinha como principal desafio impedir a formação de dendritos — agulhas metálicas que surgem no ânodo e podem provocar curtos-circuitos, fenómeno também frequente nas baterias de lítio. Para contornar o problema, a equipa dissolveu celulose microcristalina num banho de gelo com álcalis e ureia, adicionando bórax para formar uma rede polimérica primária. A essa estrutura juntaram-se nanofibras de celulose oxidadas, com apenas 3 nm de espessura, ricas em grupos carboxílicos.
As nanofibras desempenham dupla função: reforço mecânico e “vias expressas” para os iões Zn²⁺. A difusão de cargas no compósito mostrou-se quase duas vezes mais rápida do que na celulose convencional, suprimindo a nucleação de dendritos sem recorrer a aditivos tóxicos ou cerâmicas dispendiosas.
Desempenho atinge marco comercial de mil ciclos
Em testes de laboratório, a célula combinou o ânodo de zinco e o separador de bambu a um cátodo de óxido de vanádio (V₂O₅) previamente tratado com cloreto de sódio. O conjunto entregou densidade específica de 237 mAh g-1 e manteve 79,9 % dessa capacidade após 1.000 ciclos de carga e descarga, limiar considerado pela indústria como ponto de transição para viabilidade comercial.
O uso de eletrólito à base de água acrescenta uma camada adicional de segurança, afastando o risco de combustão associado a solventes orgânicos presentes nas baterias de lítio.
Custos e sustentabilidade favorecem produção em escala
Todos os materiais empregados são abundantes e de baixo preço: pó de celulose, polpa de bambu, bórax e sulfato de zinco. Segundo os cálculos da equipa, 1 cm² do biogel custa aproximadamente 8 % do preço de um separador comercial de fibra de vidro utilizado hoje em baterias de chumbo-ácido. O compósito também pode ser moldado em rolos em processos semelhantes à fabricação de papel, simplificando linhas de produção existentes.
Imagem: Tecnologia & Inovação
Além da economia, o separador se decompõe em até quatro horas quando exposto a enzimas como a celulase, facilitando descarte e reciclagem. Essa característica ambiental diferencia o material de membranas sintéticas, que normalmente exigem processos químicos mais complexos para tratamento pós-uso.
Contexto e próximos passos
As baterias de zinco são antigas em formato não recarregável, porém versões recarregáveis vêm ganhando espaço em aplicações estacionárias e de mobilidade leve. A combinação de eletrólito aquoso, baixo custo de matérias-primas e elevada densidade energética torna a tecnologia candidata a substituir ou complementar as baterias de lítio em cenários que exigem maior segurança e sustentabilidade.
O estudo indica que todos os componentes foram sintetizados com foco em escalabilidade industrial, mas ainda faltam testes em larga escala e certificações de segurança para aplicação prática em veículos elétricos ou sistemas de armazenamento de rede. A equipa de pesquisa pretende otimizar a interação entre o separador de bambu e diferentes cátodos, além de explorar encapsulamentos que garantam estabilidade a longo prazo fora de condições controladas de laboratório.
Se confirmada a performance em ambientes reais, a solução poderá reduzir o custo por quilowatt-hora e mitigar dependência de matérias-primas críticas, reforçando a transição energética com dispositivos mais seguros, recicláveis e acessíveis.
