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Nov 03, 2023

A promessa de um lítio

Impulsionando a mudança Baixo custo e alta densidade, uma bateria de lítio-enxofre poderia

Mudança de Condução

De baixo custo e alta densidade, uma bateria de lítio-enxofre pode alimentar o futuro do transporte – se chegar ao mercado.

Por Katie Fehrenbacher

7 de março de 2023

A Lyten, uma startup com sede na Califórnia, está desenvolvendo uma bateria de lítio-enxofre. Empresas e cientistas estão lutando para decifrar o código de uma bateria inovadora que pode ser a próxima da fila depois do íon de lítio. Imagem via Shutterstock/T. Schneider

O elemento enxofre é barato e abundante. Há tanto na Terra que grandes pilhas amarelas do material geralmente ficam do lado de fora das refinarias de combustíveis fósseis depois de serem retiradas do petróleo e do gás natural.

Mas os eletroquímicos – cientistas que pesquisam como as reações químicas criam eletricidade – há muito veem o enxofre como uma perspectiva tentadora de incrível armazenamento de energia. Isso porque a combinação de lítio e enxofre tem o potencial de criar uma bateria extraordinária que pode armazenar mais energia e ser mais barata do que as baterias de íon-lítio usadas hoje em laptops e veículos elétricos.

Uma bateria comercial de lítio-enxofre poderia tornar a "eletrificação algo abundante", onde "é fácil eletrificar tudo", disse Celina Mikolajczak, diretora de tecnologia de baterias da startup Lyten, no Bloomberg New Energy Finance Summit em San Francisco em janeiro. Lyten está desenvolvendo uma bateria de lítio-enxofre.

As baterias de íon-lítio atuais são prejudicadas pelo suprimento restrito de níquel. O cobalto, outro ingrediente-chave das atuais baterias de íon-lítio, é amplamente extraído na República Democrática do Congo, onde as minas de cobalto são atormentadas por questões de direitos humanos. A ideia é que a abundância e o baixo custo do enxofre poderiam tornar uma bateria de lítio-enxofre muito mais barata e menos dependente de regiões problemáticas do que a atual bateria de íon-lítio, que custa cerca de US$ 150 por quilowatt-hora.

Ao mesmo tempo, o uso de enxofre em uma bateria pode fornecer uma densidade de energia super alta teórica, ou quantidade de energia que a bateria pode reter com uma única carga. Os EVs de hoje podem dirigir cerca de 300 milhas por carga, mas uma bateria de lítio-enxofre poderia dobrar esse alcance - ou criar um EV com metade do peso do equivalente alimentado por íons de lítio.

Pelo menos essas são as grandes esperanças. As baterias de lítio-enxofre ainda estão confinadas aos laboratórios de pesquisa.

Mas, à medida que o dinheiro flui para um setor emergente de baterias dos EUA com a Lei de Redução da Inflação, empresas e cientistas estão lutando para decifrar o código para desenvolver uma bateria inovadora que pode ser a próxima na fila depois do íon de lítio. O que está em jogo é a tecnologia que poderia potencialmente acelerar tanto os veículos elétricos quanto o armazenamento de energia limpa.

A grande questão é se uma empresa pode desenvolver e fabricar uma bateria de lítio-enxofre para funcionar como anunciado quando feita em grandes volumes. Enquanto startups, pesquisadores e grandes empresas de baterias estão trabalhando na química, nenhuma bateria de lítio-enxofre é fabricada comercialmente em escala.

"O enxofre é indisciplinado. O lítio é indisciplinado. Quando você junta esses dois elementos, obtém uma química com a qual é realmente difícil de trabalhar", disse Mikolajczak no encontro da BNEF. "Há uma razão para essa química não ser explorada há muito tempo."

Um problema é que o enxofre, usado como cátodo da bateria de lítio-enxofre, passa por uma mudança de fase à medida que é carregado e descarregado. Ele se move de um sólido para um líquido e de volta para um sólido novamente. Isso o torna realmente "exigente", disse Mikolajczak. "É doloroso trabalhar com isso. Faz sua cabeça explodir."

As primeiras tentativas de baterias de lítio-enxofre viram o composto de enxofre se dissolver no eletrólito, o meio (geralmente líquido) através do qual os íons são carregados e descarregados.

Muitas tentativas de desenvolver baterias de lítio-enxofre resultaram em baterias de baixo funcionamento que desenvolvem dendritos, minúsculas estruturas metálicas que podem se formar durante o processo de carregamento. Os dendritos causam curto-circuito e falha da bateria, e as baterias de lítio-enxofre tiveram problemas para manter altos ciclos de carga.