As baterias à base de lítio fazem parte de nossas vidas há décadas e são necessárias para vários dispositivos eletrônicos. Mas por que as baterias à base de lítio se tornaram tão populares e existem alternativas melhores? O que poderia um dia substituir completamente as baterias à base de lítio?
O que são baterias à base de lítio?
As baterias à base de lítio (baterias de íon-lítio) são o tipo mais comum de bateria atualmente. A ideia de baterias à base de lítio foi proposta pela primeira vez em 1976 por Michael Stanley Whittingham, um químico britânico. As baterias à base de lítio tornaram-se disponíveis comercialmente em larga escala alguns anos depois, em 1991, quando entraram em produção em massa.
Uma bateria à base de lítio pode vir de várias formas, com as variantes mais notáveis, incluindo lítio fosfato de ferro, óxido de cobalto de lítio, óxido de manganês de lítio e cobalto de manganês de níquel de lítio óxido. Essas baterias contêm pequenas células de energia, cada uma composta por um eletrodo positivo (cátodo), um eletrodo negativo (ânodo) e um eletrólito.
Dentro da célula, os íons de lítio se movem entre os eletrodos positivo e negativo, com o eletrólito atuando como o vetor de movimento. Os íons de lítio (Li+) têm uma carga positiva e, portanto, são atraídos para o eletrodo negativo. Os dois eletrodos também são compostos de componentes-chave. No caso de uma bateria típica de óxido de cobalto e lítio, o cátodo é feito de óxido de cobalto e lítio, enquanto o ânodo é geralmente feito de um composto à base de carbono conhecido como grafite.
O cátodo dará alguns de seus íons de lítio positivos, que então viajam para o ânodo através do eletrólito, liberando energia que a bateria usará para sua saída de energia. Este processo rápido e simples agora é utilizado por bilhões de pessoas em todo o mundo para abastecer seus dispositivos.
Muitas marcas de baterias de íon-lítio são de uso único. Embora possam alimentar um dispositivo por semanas, meses ou até anos, ele deve ser descartado e substituído quando a bateria acabar. No entanto, baterias recarregáveis à base de lítio agora são muito populares, pois podem economizar o dinheiro dos usuários e produzir menos resíduos.
Mas por que, exatamente, as baterias à base de lítio são a melhor escolha? O que os torna uma opção tão atraente para fabricantes e consumidores?
Por que usamos baterias à base de lítio?
Usamos principalmente baterias à base de lítio por causa de sua longa vida útil em comparação com outros tipos de bateria. Os fabricantes querem produzir e vender baterias que forneçam energia por alguns dias, mantendo-se leves e compactas. Além disso, de acordo com o Instituto de Energia Limpa, As baterias de íon de lítio têm uma autodescarga muito baixa de cerca de 1 a 2% ao mês, o que significa que perdem uma porcentagem menor de sua capacidade geral de energia sempre que são usadas.
As baterias de íons de lítio podem produzir energia por meio de um processo químico simples, tornando-as uma opção muito atraente para os fabricantes. Além disso, a densidade de energia das baterias de íon-lítio as torna a opção preferida. Uma bateria de íon de lítio padrão tem capacidade de 260-270wh/kg (watt-hora por quilograma), enquanto as baterias de chumbo-ácido podem atingir apenas uma capacidade de 50-100wh/kg (conforme Energia da Libélula). A densidade de energia das baterias de íon-lítio também é uma das principais razões pelas quais elas são comumente usado em veículos elétricos.
Devido a esses fatores, as baterias à base de lítio são populares entre o público em geral e não são caras para comprar. Embora certas marcas ou modelos de baterias possam ter um preço mais alto, as baterias padrão à base de lítio geralmente são bastante acessíveis e estão disponíveis em milhões de lojas em todo o mundo.
Mas as baterias de íons de lítio não são perfeitas. Na verdade, existem alguns problemas flagrantes associados a esta fonte de energia incrivelmente popular.
O problema com baterias à base de lítio
Um dos maiores problemas associados às baterias de íon-lítio é a grande quantidade de resíduos que elas criam. Muitas pessoas optam por descartar as baterias no lixo comum quando ficam sem energia, o que é prejudicial ao meio ambiente.
Quando as baterias de íons de lítio são descartadas junto com outros resíduos gerais não recicláveis, elas acabam em um aterro sanitário. Uma vez que pousam aqui, seus componentes podem vazar e danificar gravemente o ambiente ao redor. Lítio, níquel, cobalto e manganês podem representar sérios riscos de contaminação e estão presentes em vários tipos de bateria à base de lítio.
Além do mais, a extração de lítio para este tipo de bateria também prejudica nosso planeta. O lítio pode ser extraído por meio de mineração de sal ou evaporação, com ambos os processos tendo um efeito desagradável no meio ambiente. Contaminação, aumento da salinidade da água, emissões de CO2 e perda de biodiversidade são efeitos colaterais preocupantes da extração de lítio.
Dado que o mercado de baterias de lítio deve crescer 14,6% entre 2020 e 2026 (conforme relatado por estatista), é provável que o processo de extração de lítio continue a representar uma ameaça ambiental. Isso também é um preocupação crescente na indústria de produção de EV.
Então quais são as alternativas?
As 4 principais alternativas de bateria à base de lítio
1. Baterias de água salgada
Os oceanos de água salgada cobrem dois terços do nosso planeta. Então, como esse recurso pode ser usado para geração de energia?
As baterias de água salgada usam uma solução salina concentrada para produzir energia. As baterias de água salgada também contêm um ânodo e um cátodo, com a solução salina atuando como eletrólito (ou vetor) para íons positivos de sódio (íons Na+). Os íons de sódio viajam do cátodo para o ânodo, produzindo energia.
A água do mar real não é usada em baterias de água salgada, mas grandes quantidades de sal podem ser coletadas do oceano e usadas para essas baterias. Usar água salgada para fabricar baterias pode ser muito menos prejudicial ao meio ambiente do que os processos de extração usados para lítio, cobalto, níquel e outros metais usados em baterias.
2. baterias de vidro
As baterias de vidro podem parecer um pouco incomuns, mas têm um grande potencial. A bateria de vidro é uma ideia relativamente nova, conceituada pela primeira vez pelo físico John Goodenough em 2017. Essa bateria, conhecida como "bateria Goodenough", usa vidro como eletrólito. Enquanto os eletrólitos da bateria geralmente vêm na forma líquida, a bateria de vidro é totalmente sólida.
O uso de um eletrólito sólido é consideravelmente mais seguro do que eletrólitos líquidos, diminuindo a chance de incêndios e removendo o risco de lixiviação em aterros sanitários. Além do mais, a bateria de vidro pode durar mais do que as baterias de íon-lítio, tornando-as uma alternativa mais sustentável em geral. O sódio também é usado na bateria de vidro, que, conforme mencionado ao discutir as baterias de água salgada, é um recurso mais sustentável do que os metais tradicionais da bateria.
3. Baterias de sódio-enxofre
As baterias de sódio-enxofre (NaS) são uma forma de bateria de estado líquido que usa ânodos e cátodos fundidos. Nesse caso, o ânodo e o cátodo vêm na forma líquida, sendo o primeiro sódio fundido e o segundo enxofre fundido. Essas baterias existem desde a década de 1960, antes da invenção da bateria de íons de lítio. Mas que potencial tem a bateria NaS em nosso mundo?
Uma grande vantagem das baterias de sódio-enxofre é sua maior densidade de energia do que as baterias de íon-lítio. Na verdade, pesquisadores da Universidade de Sydney criou uma bateria de sódio-enxofre com quatro vezes a capacidade de energia das baterias de íon-lítio em 2022. Além disso, as baterias de sódio-enxofre são menos tóxicas do que as baterias de íon-lítio, o que é uma boa notícia para o meio ambiente.
4. baterias de cânhamo
Você não pensaria que o cânhamo tem potencial para substituir as baterias de íon-lítio, mas esta planta provou sua versatilidade mais uma vez. No entanto, essas baterias vêm com uma ressalva: elas ainda usam metais pesados como o lítio para funcionar.
relógio ecológico relata que um exemplo de bateria movida a cânhamo, desenvolvida por pesquisadores em 2022, usa lítio e enxofre em seu processo de geração de energia. A diferença aqui é que outros metais pesados, como níquel ou cobalto, não são usados, e a própria bateria tem um desempenho melhorado em relação às variantes tradicionais de íons de lítio. Isso ocorre porque o cânhamo ajuda o cátodo a prolongar sua vida útil por meio de ciclos repetidos.
As baterias à base de cânhamo também são mais econômicas e estão sendo consideradas para uso em veículos elétricos. Para saber mais sobre os diferentes tipos de bateria EV, confira nosso artigo dedicado ao tema.
A indústria de baterias pode se tornar muito mais verde no futuro
Com alternativas tão promissoras às baterias de íon-lítio já em andamento, é emocionante pensar no futuro da indústria de baterias. Se essas alternativas forem comercializadas com sucesso, podemos evitar inúmeros problemas e desastres ambientais. Em suma, é uma vantagem para as substituições de íons de lítio!
