Além do lítio: Quais são as tecnologias alternativas de baterias mais promissoras?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2024

A rota preferida envolve usar elementos químicos abundantes na Terra, como aqueles encontrados na água do mar.
[Imagem: Haegyeom Kim a et al. - 10.1016/j.esci.2024.100232]

Monopólio tecnológico

O "monopólio tecnológico" das baterias de íons de lítio incomoda por uma série de razões, da dependência de poucas fontes de fornecimento de lítio e outros metais necessários à tecnologia, como cobalto e níquel, aos problemas técnicos dessas baterias, com suas incômodas ocorrências de incêndios e explosões.

O esforço para encontrar tecnologias alternativas para as baterias de íons de lítio é mundial, e tem havido uma série de progressos em diversas dessas alternativas.

Mas, como várias delas são muito diferentes, a questão que se coloca é: Qual alternativa às baterias de lítio é mais promissora hoje em termos técnicos?

Foi esta pergunta que Haegyeom Kim (Laboratório Nacional Lawrence Berkeley) e Jae Chul Kim (Instituto de Tecnologia Stevens) tentaram responder em um trabalho de revisão, um tipo de estudo científico que explora todas as publicações envolvendo um assunto, neste caso as tecnologias emergentes de baterias que não usem íons de lítio.

A revisão explorou o potencial das baterias alternativas, identificando as oportunidades e desafios de cada uma. Os pesquisadores ressaltam a importância das tecnologias alternativas de armazenamento de energia na mitigação da escassez das matérias-primas e no aprimoramento das aplicações em todos os setores, sobretudo o de veículos elétricos.

Energia por volume (eixo Y) e energia por peso (eixo X) são cruciais para uma rota sustentável para as baterias.
[Imagem: Haegyeom Kim a et al. - 10.1016/j.esci.2024.100232]

Baterias de íons mais promissoras

Entre os avanços recentes nas tecnologias de baterias destacam-se as vantagens exclusivas das baterias de íons de sódio, potássio, magnésio e cálcio.

As baterias de íons de sódio estão à frente, praticamente prontas para o mercado, oferecendo armazenamento de energia com boa relação custo-benefício para sistemas de rede e veículos elétricos de médio porte. E elas já são adequadas para aplicações estacionárias de larga escala, como armazenamento em rede e sistemas de energia de reserva residenciais. Protótipos mais avançados já demonstraram inclusive uma capacidade de recarregamento em segundos.

As baterias de íons de potássio, apesar dos desafios ligados ao seu tamanho iônico maior, mostram potencial para aplicações de baixo custo em microrredes e sistemas de energia de reserva.

As baterias de íons de magnésio se destacam por sua maior capacidade volumétrica e resistência à formação de dendritos, os grandes causadores dos curtos-circuitos, embora problemas de polarização atualmente limitem sua eficiência. Elas apresentam uma densidade energética superior, podendo encontrar aplicações em dispositivos de mobilidade pessoal, como patinetes e bicicletas elétricos.

As baterias de íons de cálcio prometem uma densidade de energia impressionante, mas ainda dependem de avanços na estabilidade eletrodo-eletrólito. De modo equivalente às de magnésio, estas mostram-se adequadas a veículos de mobilidade pessoal.

As baterias híbridas de magnésio e cálcio prometem grandes inovações futuras, mas ainda dependem de refinamentos para se aproximar das metas de desempenho.

As baterias de íons de sódio estão claramente à frente na corrida rumo ao mercado.
[Imagem: Jong Hui Choi et al. - 10.1016/j.ensm.2024.103368]

Baterias de sais marinhos

Algo que se destaca entre essas tecnologias apontadas como mais promissoras refere-se à questão do custo: Todas essas tecnologias dependem de íons metálicos naturalmente encontrados na água do mar, como sódio, potássio, cálcio e magnésio, para compor o eletrólito.

"As tecnologias de íons não-lítio representam uma oportunidade empolgante para diversificar e otimizar o armazenamento de energia," disse o professor Haegyeom Kim. "Baterias de sódio e potássio são particularmente adequadas para aplicações sensíveis a custos, enquanto sistemas de magnésio e cálcio têm o potencial de atingir alta densidade de energia, preparando o cenário para soluções de longo prazo em energia limpa."

Juntas, essas inovações prometem diversificar e fortalecer o ecossistema global de armazenamento de energia, promovendo uma transição energética sustentável, mas o cronograma de pesquisas deve manter-se bem abastecido de fundos, sobretudo no desenvolvimento de materiais usados nos eletrodos e nos eletrólitos de cada uma das tecnologias, alertam os pesquisadores.

"Basicamente, cada sistema de bateria pode complementar o outro para oferecer energia verde, moldando o futuro da energia sustentável. Por fim, a verdadeira inovação tecnológica é frequentemente feita pelo desenvolvimento de novos materiais. Em tecnologias de bateria de íons não-lítio, enfatizamos que o desenvolvimento de materiais de eletrodo de alto desempenho consistindo de elementos abundantes na terra, como ferro e manganês, será um caminho importante para permitir sistemas de bateria mais verdes e sustentáveis," concluiu a dupla.

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