Bateria de ar-lítio em automóveis poderá rivalizar com gasolina

Redação do Site Inovação Tecnológica -  29/10/2015

Esquema mostra a formação de hidróxido de lítio no eletrodo de grafeno na presença de iodeto de lítio. No carregamento, o iodeto é oxidado em iodo, que ajuda a remover o hidróxido de lítio e reformar o eletrodo. [Imagem: Tao Liu/Gabriella Bocchetti/Clare P. Grey]

Baterias de última geração

Um novo protótipo funcional de uma bateria de lítio-oxigênio - ou lítio-ar - renovou as esperanças de um avanço no campo das baterias, mostrando como resolver vários dos problemas que têm limitado o desenvolvimento desses dispositivos promissores.

A bateria tem uma densidade de energia muito alta, tem 90% de eficiência e pode ser usada e recarregada mais de 2.000 vezes.

As baterias de lítio-oxigênio, ou lítio-ar, têm sido apontadas como as baterias "definitivas" devido à sua elevada densidade teórica de energia, que é pelo menos 10 vezes maior do que uma bateria de íons de lítio. Essa alta densidade de energia seria comparável à da gasolina, viabilizando carros elétricos de grande autonomia com baterias custando apenas 20% e igualmente pesando apenas 20% em relação às atuais.

Contudo, há vários desafios práticos que precisam ser vencidos antes que as baterias de lítio-ar tornem-se uma alternativa viável à gasolina e ao etanol, assim como acontece com outras tecnologias buscando "baterias de última geração" - como as baterias de lítio-silício, as microbaterias, as baterias líquidas, as baterias de lítio-enxofre e até as baterias feitas com vírus.

Química da bateria

Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, demonstraram como alguns desses obstáculos podem ser superados. Eles criaram um protótipo de uma bateria de ar-lítio que superou de longe todas as tentativas anteriores.

Tao Liu e Clare Grey usaram um eletrodo de carbono altamente poroso - formado, no limite, por folhas de grafeno - e aditivos que alteram as reações químicas que fazem a bateria funcionar, o que a tornou mais estável e mais eficiente.

Em protótipos anteriores, a formação de peróxido de lítio durante o descarregamento - o período em que a energia da bateria é usada - junta-se com uma série de outras reações indesejáveis que atacam o eletrólito e reduzem a eficiência global da bateria. Além disso, as partículas de descarga acabam entupindo os pequenos poros do eletrodo receptor.

Níveis progressivos de aumento mostrando a macroporosidade do eletrodo de óxido de grafeno. [Imagem: Tao Liu et al. - 10.1126/science.aac7730]

Para contornar estes problemas, Liu projetou sua bateria para produzir hidróxido de lítio (LiOH) em vez de peróxido de lítio (Li2O2). Um passo essencial foi a adição de iodeto de lítio como mediador, o que reduziu a resistência e reações químicas indesejáveis que chegavam a inutilizar a bateria, tornando-a muito mais estável após vários ciclos de carga e descarga.

Um outro avanço importante foi o uso de óxido de grafeno reduzido como eletrodo de recepção. Os poros maiores desse material permitiram uma maior captura dos cristais de descarga.

Bateria de ar-lítio prática

Estas melhorias, gerando alta eficiência e alta ciclagem, prometem acelerar o desenvolvimento de uma bateria de lítio-ar comercialmente viável.

No entanto, embora os resultados sejam promissores, os pesquisadores reconhecem que uma bateria de lítio-ar prática não deverá se tornar realidade antes de uma década de novos desenvolvimentos.

"O que conseguimos é um avanço significativo para esta tecnologia e indica áreas inteiramente novas de investigação - não resolvemos todos os problemas inerentes a esta química, mas nossos resultados mostram rotas rumo a um dispositivo prático," disse a professora Clare Grey, cuja equipe se destacou ao descobrir o mecanismo que faz as baterias de lítio eventualmente explodir.

• Sociedade do Lítio: da água do mar ao hidrogênio

Bibliografia:

Cycling Li-O2 batteries via LiOH formation and decomposition
Tao Liu, Michal Leskes, Wanjing Yu, Amy J. Moore, Lina Zhou, Paul M. Bayley, Gunwoo Kim, Clare P. Grey
Science
Vol.: 350, ISSUE 6260, 530-533
DOI: 10.1126/science.aac7730