Energia

Baterias de lítio com alumínio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/10/2002

Nova geração de baterias

Pesquisadores transformaram um material relativamente comum, o fosfato de ferro-lítio, em um novo material que já se apresenta pronto para a utilização em uma nova geração de baterias recarregáveis. Os cientistas apresentaram sua criação como a solução definitiva para a viabilização dos carros elétricos. Participaram dos trabalhos os professores Donald R. Sadoway e Gerbrand Ceder, além da equipe do professor Yet-Ming Chiang.

Por vários anos, pesquisadores têm-se dedicado a encontrar um substituto para um dos materiais-chave utilizados na construção de baterias recarregáveis. O material hoje utilizado, composto de lítio, cobalto e oxigênio, funciona a contento na maioria das condições, mas é muito caro. Isto faz com que ele somente seja utilizado em baterias muito pequenas, como as de telefones celulares. Baterias para carros elétricos construídas com o mesmo material poderiam custar até US$20.000,00 cada uma.

Mas fatores de segurança também limitam o tamanho da bateria que pode ser construída com esse material, uma vez que ele é altamente reativo com outros compostos utilizados na bateria. Quando a bateria está carregada, tais reações podem levar ao superaquecimento e até mesmo à explosão das baterias.

Fosfato de ferro-lítio

Em 1997, uma equipe da Universidade do Texas (Austin - Estados Unidos) identificou um substituto em potencial. Dentre outros atributos, o fosfato de ferro-lítio é barato, seguro e não poluidor. Entretanto, ele apresenta uma séria limitação: baixa condutividade eletrônica. Isto significa que o material somente pode ser utilizado em baterias com poucos ciclos de carga/descarga, inviabilizando sua utilização prática.

Desde então, vários grupos de pesquisas têm trabalhado para resolver o problema. "O enfoque mais freqüente tem sido a aplicação de revestimentos no material, porque é largamente aceito que este material seria sempre um isolante eletrônico." explica o professor Yet-Ming Chiang, um dos participantes da pesquisa. "Mas nós tivemos sucesso quando alteramos a química do composto.", completa ele.

Condutibilidade eletrônica

A experiência agora realizada conseguiu aumentar a condutibilidade eletrônica do fosfato de ferro-lítio em cerca de 10 milhões de vezes. Isto torna o material apropriado para uso em baterias de alta potência e com elevado número de ciclos de carga e descarga.

O trabalho começou com uma simulação em computador do funcionamento do catodo, um dos eletrodos da bateria. O resultado das simulações, para surpresa dos pesquisadores, mostrou que o cobalto não desempenhava papel crucial nas reações químicas no catodo, como se pensava até então. Os cálculos mostraram que o alumínio, que é muito mais barato e mais leve, ou mesmo outros metais de sua classe, poderiam substituir o cobalto. Os testes previam que um composto contendo alumínio poderia gerar uma voltagem mais elevada, resultando em uma bateria mais potente, do que a versão tradicional com cobalto.

Neste ponto, os pesquisadores depararam-se com outro problema. O óxido de lítio-alumínio, na sua forma pura, não conduz elétrons. Ou seja, a bateria seria de altíssima voltagem mas sem corrente. Neste ponto entrou a equipe do Dr. Chiang, especializada em cerâmicas. Eles perceberam que o problema poderia ser resolvido colocando de volta um pouco de cobalto. O novo catodo deveria ser então construído de uma mistura de óxido de lítio-cobalto e de óxido de alumínio-cobalto.

Protótipo

O próximo desafio foi construir o material, até então apenas previsto nos modelos computacionais. Foram construídas várias combinações dos dois óxidos, variando-se em cada um a proporção de cada um dos elementos. Os materiais, na forma de pó, foram então utilizados para a construção de protótipos, testados em laboratório.

O resultado final mostrou que catodos com altos índices de alumínio funcionam melhor. "Nós chegamos a um ponto onde a voltagem da célula tornou-se tão alta que o eletrólito tornou-se instável." disse o professor Sadoway.

Como os testes foram feitos com eletrólitos líquidos, os pesquisadores estão dedicando-se agora à construção de um protótipo de bateria de lítio com eletrólito sólido, essencial para torná-la de uso prático nos veículos elétricos.