Como funcionam as baterias de lítio-íon: um guia rápido

As baterias de íons de lítio estão ganhando popularidade como uma alternativa poderosa, leve e ecologicamente correta.

Quinta-feira, 15 de abril de 2021

As baterias de íons de lítio estão em uso comercial desde os anos 90. Originalmente desenvolvidas para uso em eletrônica de consumo, elas estão ganhando popularidade como uma alternativa poderosa, leve e ecologicamente correta para baterias de chumbo-ácido e outras baterias de tração.

Como funcionam as baterias de lítio-íon?

Todas as baterias consistem em dois eletrodos (o ânodo e o cátodo), um separador para evitar que os eletrodos se toquem e curto-circuitem, e um eletrólito que preenche o espaço restante na bateria. Nas baterias tradicionais, de chumbo-ácido, os eletrodos são ambos feitos de chumbo e o eletrólito é uma mistura de água e ácido sulfúrico. Uma reação química entre o chumbo e o ácido sulfúrico produz elétrons livres que fluem para fora da bateria como eletricidade.

Nas baterias de lítio-íon, os eletrodos são feitos usando compostos de lítio: óxidos de lítio-metal para o cátodo e compostos de lítio-carbono para o ânodo. O eletrólito é um meio condutor, geralmente um polímero em gel ou um líquido contendo um sal de lítio ou um solvente orgânico. Ao gerar energia, o eletrólito permite que os íons de lítio se movam do ânodo para o cátodo em um processo conhecido como intercalação. Isto produz elétrons livres, que deixam a bateria do ânodo, se movem através do circuito como eletricidade e retornam ao cátodo. O inverso acontece durante a carga. O separador suporta a intercalação, pois só permite a passagem de íons de lítio através dele. Ele impede que elétrons e partículas de eletrodos atravessem a bateria.

Benefícios e riscos do uso de baterias de íon-lítio

Geralmente, as baterias de lítio-íon são mais leves e podem ser carregadas mais rapidamente do que as baterias de chumbo-ácido. Como têm densidades de energia mais altas do que as baterias tradicionais, é possível fazer baterias menores, mantendo a mesma capacidade de armazenamento. Um benefício chave das baterias de íon-lítio é que, como a reação química que ocorre é reversível, não há degradação dos eletrodos ao longo do tempo. Portanto, as baterias podem ser carregadas muito mais vezes do que suas equivalentes a baterias de chumbo-ácido. Elas também são mais ecológicas, pois não contêm nenhuma substância (como chumbo ou ácido sulfúrico) com uma carga ambiental elevada.

Por outro lado, o lítio é uma substância altamente reativa, os eletrólitos orgânicos são altamente voláteis e o ânodo freqüentemente apresenta alta instabilidade térmica. Como resultado, as baterias de íon-lítio representam um risco de incêndio se perfuradas ou carregadas de forma inadequada. Em particular, elas podem estar sujeitas a um processo perigoso conhecido como fuga térmica.