O esquema mostra a bateria de lítio-ar consistindo de ânodo metálico de lítio, cátodo à base de ar e eletrólito de polímero cerâmico sólido (CPE).
[Imagem: ANL]

Bateria lítio-oxigênio

As tão sonhadas baterias de lítio-oxigênio (Li-O2), ou lítio-ar, deverão ser tão eficientes que prometem viabilizar caminhões elétricos em viagens de longa distância e até aviões elétricos.

O principal novo componente de uma bateria de lítio-ar é um eletrólito sólido, em vez da variedade líquida usual. As baterias com eletrólitos sólidos não estão sujeitas ao problema de segurança dos eletrólitos líquidos, que podem superaquecer e pegar fogo. Mas seu grande ganho está na eficiência.

"A bateria de lítio-ar tem a maior densidade de energia projetada de qualquer tecnologia de bateria considerada para a próxima geração de baterias além dos íons de lítio," disse Larry Curtiss, do Laboratório Nacional Argônio, nos EUA.

E Curtiss e seus colegas acabam de desenvolver uma nova arquitetura e uma nova química que pode aumentar a densidade de energia em até quatro vezes em relação às atuas baterias de íons de lítio com eletrólito líquido.

O segredo para isso está em um ânodo metálico de lítio, um eletrólito de polímero cerâmico sólido e um cátodo que é o próprio ar ambiente.

É o primeiro protótipo de bateria de lítio-oxigênio que alcançou uma reação de quatro elétrons à temperatura ambiente.
[Imagem: Alireza Kondori et al. - 10.1126/science.abq1347]

1.000 ciclos de carga e descarga

Nos projetos anteriores de baterias de lítio-oxigênio, o lítio do ânodo metálico move-se através de um eletrólito líquido para se combinar com o oxigênio durante a descarga, produzindo peróxido de lítio (Li2O2) ou superóxido (LiO2) no cátodo. O peróxido de lítio ou superóxido é então decomposto em seus componentes de lítio e oxigênio durante a carga. Essa sequência química armazena e libera energia sob demanda.

O novo eletrólito sólido desenvolvido pela equipe é composto de um material de polímero cerâmico, feito de elementos relativamente baratos na forma de nanopartículas. Este material sólido permite reações químicas que produzem óxido de lítio (Li2O) no descarregamento.

"A reação química do superóxido ou peróxido de lítio envolve apenas um ou dois elétrons armazenados por molécula de oxigênio, enquanto a do óxido de lítio envolve quatro elétrons," conta Rachid Amine, membro da equipe.

Mais elétrons armazenados significa maior densidade de energia. De fato, este é o primeiro protótipo de bateria de lítio-oxigênio que alcançou uma reação de quatro elétrons à temperatura ambiente e de forma estável: A bateria superou os 1.000 ciclos de carga e descarga, uma marca tida como referência para que uma bateria experimental possa chegar à escala comercial.

"Com mais desenvolvimento, esperamos que nosso novo projeto para a bateria de lítio-ar também alcance uma densidade de energia recorde de 1.200 watts-hora por quilograma," disse Curtiss. "Isso é quase quatro vezes melhor do que as baterias de íons de lítio."