Energia
Avanço em Bateria de Lítio‑CO₂ Captura Carbono Enquanto Alimenta Dispositivos
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Investigadores da Universidade de Surrey estudaram uma bateria experimental de lítio–CO₂ com um novo catalisador. Durante a descarga, o lítio reage com o dióxido de carbono; para recarregar a célula, é preciso decompor os produtos dessa reação. O trabalho mostra uma forma de melhorar a reversibilidade do processo. Não demonstra que uma bateria comercial já retira CO₂ diretamente do ar ambiente nem que reduz as emissões líquidas.
Por que investigar outras químicas de baterias?
As baterias de iões de lítio são amplamente usadas em telemóveis, veículos elétricos e armazenamento de energia. A sua produção consome matérias-primas e energia; no fim da vida útil, é necessário recolhê-las e tratá-las de forma adequada. Uma célula danificada ou mal utilizada pode sofrer fuga térmica. Contudo, a afirmação do texto anterior de que todas dependem de platina ou de terras raras é incorreta. Existem diversas composições de baterias de iões de lítio.
Nas baterias de lítio–CO₂, o dióxido de carbono participa na reação eletroquímica. Um dos obstáculos é o carbonato de lítio formado na descarga: a sua decomposição durante a carga exige uma tensão adicional, chamada sobrepotencial. Um catalisador pode reduzir essa perda de energia e ajudar a célula a funcionar repetidamente.
O estudo da Universidade de Surrey
No artigo publicado na Advanced Science, a equipa utilizou fosfomolibdato de césio, ou CPM, como catalisador do cátodo. O material possui uma estrutura do tipo Keggin, numerosos locais eletroquimicamente ativos, uma superfície rica em oxigénio e poros que podem facilitar o transporte de CO₂ e iões de lítio. Foi sintetizado por um método relativamente simples e testado em células de laboratório.
Os investigadores combinaram medições eletroquímicas com cálculos de teoria do funcional da densidade. A difração de raios X em pó permitiu examinar a estrutura cristalina. A espectroscopia de infravermelho, a espectroscopia de fotoeletrões excitados por raios X e a análise termogravimétrica forneceram informação sobre ligações químicas, superfície e estabilidade. Estas técnicas ajudam a compreender o catalisador; não medem o custo ou a durabilidade de um conjunto de baterias de escala comercial.
Como atua o CPM?
O CPM favorece a redução de CO₂ durante a descarga e a reação inversa durante a carga. Os poros ajudam moléculas e iões a alcançar os locais ativos e acomodam produtos de descarga. Isso pode facilitar a remoção do carbonato de lítio que, de outro modo, prejudicaria a recarga. Persistem, porém, desafios relativos ao eletrólito, ao ânodo de lítio, à segurança e à fabricação em grande escala.
Resultados dos testes
A uma corrente de 50 mA por grama, o estudo apresentou capacidade de descarga de 15 440 mAh por grama, eficiência coulômbica de 97,3 % e sobrepotencial de 0,67 V. A capacidade específica refere-se à massa e às condições definidas na experiência. Não deve ser comparada diretamente com a energia por quilograma de uma bateria de iões de lítio completa, que inclui embalagem, eletrólito e outros componentes.
Com a capacidade limitada a 500 mAh por grama, a célula funcionou durante mais de 100 ciclos à mesma corrente; a descrição pormenorizada indica 107 ciclos. O texto antigo falava erradamente de milhares de ciclos equivalentes a anos de utilização diária. A investigação não demonstrou isso nem avaliou a segurança de um conjunto comercial.
Possíveis benefícios e questões em aberto
O CPM proporcionou um sobrepotencial baixo em comparação com vários catalisadores anteriormente estudados e tem um método de preparação relativamente simples. São resultados promissores para investigação adicional. Um ensaio laboratorial não prova, por si só, que esta bateria é mais barata, escalável, segura ou duradoura do que as alternativas comerciais. São necessários testes com cargas realistas, muito mais ciclos e análises de custo e ciclo de vida.
Usar CO₂ na reação não significa armazenamento permanente de carbono. O gás pode voltar a ser libertado durante a carga, e o balanço climático depende da origem do CO₂, da eletricidade e dos materiais. O trabalho não apresentou uma célula a captar CO₂ diretamente do ar normal. Assim, as alegações de ar mais limpo e emissões líquidas nulas excedem os resultados publicados.
O catalisador pode evitar alguns metais nobres caros, mas a célula continua a utilizar lítio e outros materiais. O césio e o molibdénio também exigem extração e fornecimento. A ausência de certas terras raras não constitui prova de baixo custo ou de menor impacto ambiental.
Aplicações e prazo de comercialização
Uma célula de lítio–CO₂ poderá ser interessante para armazenar energia em ambientes com fornecimento controlado de gás. O artigo antigo sugeria casas, automóveis, dispositivos portáteis e até Marte, bem como uma chegada ao consumidor em cerca de cinco anos. A experiência ainda não demonstrou a potência, a segurança, a vida útil ou o desenho de sistema exigidos para essas aplicações. Não é possível retirar dela uma data de lançamento.
A equipa pretende continuar a estudar catalisadores, elétrodos, eletrólitos e outras estruturas de polioxometalatos do tipo Keggin. Para chegar a uma aplicação real, a reação precisa de se manter reversível durante muito mais ciclos e com custo aceitável.
Empresas do setor das baterias
Solid Power (SLDP )
A Solid Power desenvolve eletrólitos sólidos à base de sulfuretos e baterias totalmente de estado sólido. Trata-se de uma tecnologia diferente da célula de lítio–CO₂ estudada em Surrey. Não há provas de que a empresa vá utilizar CPM nos seus produtos. As parcerias industriais da Solid Power não demonstram que este estudo fará subir as suas ações nas semanas seguintes.
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Conclusão
O CPM produziu um sobrepotencial baixo e permitiu pouco mais de 100 ciclos controlados numa célula experimental de lítio–CO₂. É um avanço científico, mas uma bateria quotidiana segura, económica e favorável ao clima continua por demonstrar.
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Estudo citado
Masoudi, M. e colaboradores, «Ultralow Overpotential in Rechargeable Li–CO₂ Batteries Enabled by Caesium Phosphomolybdate as an Effective Redox Catalyst», Advanced Science 12(17), 2502553 (2025). doi:10.1002/advs.202502553.
