A demanda por eletrodos flexíveis que combinam a capacidade de armazenamento de energia em dispositivos com altas propriedades mecânicas é presente em todo o mundo, pois tem um grande potencial para reduzir massa e volume, bem como prolongar a vida útil de eletrônicos flexíveis quando comparados aos eletrodos convencionais.

Existem dois problemas sérios que fazem com que o projeto de eletrodos convencionais seja inadequado para dispositivos flexíveis: estrutura insuficiente do eletrodo baseado na montagem desordenada dos componentes e pela adesão de pó aglutinante, levando a propriedades mecânicas ruins; e por causa dos caminhos condutores dos eletrodos que podem ser danificados sob forças externas.

Portanto, os autores visaram explorar uma estratégia de projeto eficaz para projetar eletrodos avançados com flexibilidade, estabilidade mecânica e eletroquímica suficiente, juntamente com alta densidade de energia, substituindo os modos convencionais na construção de eletrodos.

Neste artigo, os autores desenvolveram um design da estrutura de eletrodo ordenado e hierárquico para fabricar filmes de TiO2-C (dióxido de carbono-titânio) de alta resistência, mecanicamente estáveis e flexíveis, montados por uma abordagem simples de "bottom-up" com base em filmes altamente ativos, porosos e laminados nas subunidades dos nanotubos de carbono. 

Na configuração da subunidade, os CNTs (carbon nanotube - nanotubo de carbono) foram entrelaçados e as NPs (nanoparticles - nanopartículas) de TiO2 altamente dispersas foram fixadas num plano de celulose com grupos funcionais ativos e grande área superficial para formar uma rede condutora contínua incorporada com partículas ativas.

A estrutura única de TiO2 (dióxido de titânio) obtida permitiu que os eletrodos fabricados apresentassem flexibilidade e resistência mecânica de até 60 MPa, alta durabilidade (os autores afirmam que pode ser dobrado até 11.700 vezes), boa condutividade e excelentes desempenhos eletroquímicos.

Figura 1: Imagem de um pequeno papel preparado dobrando o filme de TiO2-C. Os autores apontam a atenção para o canto do papel dobrado, mostrando a boa flexibilidade e estabilidade mecânica do filme. Fonte: (Wang et al. 2021).

Concluindo, os autores citam que a alta resposta elétrica do material, a porosidade e a rede condutora contínua garantem que esses eletrodos de filme de TiO2-C alcancem alta capacidade específica, de nível comercial, boa capacidade de taxa e desempenho de ciclismo de longo prazo em baterias de íons de sódio. 

Este projeto dos filmes à base de TiO2 compostos por subunidades de nanofolhas porosas de TiO2-C realizou a junção de desempenhos eletroquímicos e propriedades mecânicas, além de fornecer uma maneira prática e viável para a próxima geração  de baterias de íons de sódio com alta performance, flexíveis e de alta energia.

O setor de transportes por muitos anos dependeu dos combustíveis fósseis. Devido aos danos que as emissões gasosas trazem para o meio ambiente e pelo fato de não ser um recurso renovável, pouco a pouco procuramos substitui-lo com métodos menos contaminantes e renováveis. Em muitos estudos o elemento lítio encaixa dentro destas condições devido a suas propriedades.

Como o lítio é mais usado em aplicações de energia e transporte, a tendência é aumentar cada vez mais e então, os principais fabricantes de baterias aumentam também seus investimentos para a sua obtenção. Devido a este aumento continuo da demanda, um grupo de pesquisadores estudaram a disponibilidade do lítio a longo prazo, até o ano 2100, e por vários fatores, como a urgência de descarbonizar o setor energético, aumento da população e quantidade de lítio reciclado.

Acreditam que, devido à pouca reciclagem do lítio, o ano de 2050 terá um déficit da oferta de lítio virgem até final do século, e isto poderia ser evitado se o setor de veículos elétricos diminuir a pressão sobre a demanda de lítio. Porém, estudos demonstram que baixas taxas de consumo no setor de energia colocariam em risco os objetivos de diminuição das mudanças climáticas.

Determinaram que o principal motivo do déficit é o uso de baterias íon lítio para o setor de transporte. Diferente de estudos anteriores, esta pesquisa supõe uma alta demanda de lítio para baterias.

O lítio pode em breve se tornar uma ameaça para o futuro da indústria de transporte se não for reduzido sua dependência, se não reciclar ou desenvolver baterias com outros materiais e talvez transporte que não dependa de baterias.

Assim, esta pesquisa nos deixa com algumas incertezas sobre o que seria mais conveniente, continuar usando o elemento para tentar primeiro reduzir as mudanças climáticas e esgotar as reservas de lítio, ou manter as reservas e continuar com as emissões poluentes dos veículos. Isso poderia ser respondido encontrando novas opções de bateria, um sistema de reciclagem adequado e melhorando o desempenho do lítio para usá-lo em menor quantidade.

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature.