Crédito: Pixabay/CC0 Domínio Público
Imagine um carro elétrico que poderia percorrer 600, 700 ou até 1.600 quilômetros com uma única carga. Isso é muito mais longe do que os veículos elétricos de maior alcance no mercado dos EUA, de acordo com a revista Car and Driver – e o dobro da classificação oficial para o Tesla Model 3 de longo alcance e tração traseira, que tem um alcance máximo avaliado de 363 milhas.
Os VE atuais utilizam baterias de iões de lítio, que também são encontradas em smartphones, computadores portáteis e até em sistemas de armazenamento de energia de grande escala ligados à rede elétrica. Padrão há décadas, estas baterias foram ajustadas e melhoradas por gerações de cientistas e estão agora perto dos seus limites físicos. Mesmo com os melhores materiais e designs mais otimizados, há um limite de energia que pode ser armazenada em uma bateria de íons de lítio.
Sou um engenheiro de materiais que estuda essas baterias e busca alternativas com melhor desempenho, maior sustentabilidade ambiental e menor custo. Um projeto promissor usa enxofre, o que poderia aumentar significativamente a capacidade da bateria, embora ainda permaneçam alguns obstáculos importantes antes que ele possa ser amplamente utilizado.
Enxofre de lítio vs. íon de lítio
Qualquer bateria possui três componentes básicos: uma região carregada positivamente, chamada cátodo; uma região carregada negativamente, chamada ânodo; e uma substância chamada eletrólito intermediário, através da qual átomos carregados, também conhecidos como íons, se movem entre o cátodo e o ânodo.
Em uma bateria de íon-lítio, o cátodo é feito de um óxido metálico, normalmente contendo metais como níquel, manganês e cobalto, ligados ao oxigênio. Os materiais são em camadas, com íons de lítio fisicamente entre as camadas. Durante o carregamento, os íons de lítio se separam do material do cátodo em camadas e viajam através do eletrólito até o ânodo.
O ânodo geralmente é de grafite, que também possui camadas, com espaço para os íons de lítio caberem entre eles. Durante a descarga, os íons de lítio deixam as camadas de grafite, viajam de volta através do eletrólito e reinserem-se na estrutura do cátodo em camadas, recombinando-se com o óxido metálico para liberar a eletricidade que alimenta carros e smartphones.
Numa bateria de lítio-enxofre, os íons de lítio ainda se movem para frente e para trás, mas a química é diferente. Seu cátodo é feito de enxofre embutido em uma matriz de carbono que conduz eletricidade, e o ânodo é feito principalmente de lítio, em vez de camadas de grafite com lítio entre elas.
Durante a descarga, os íons de lítio viajam do ânodo, através do eletrólito até o cátodo, onde – em vez de deslizarem entre as camadas do cátodo – convertem quimicamente o enxofre em etapas sequenciais em uma série de compostos chamados sulfetos de lítio. Durante o carregamento, os íons de lítio se separam dos compostos de sulfeto, deixam o cátodo para trás e voltam para o ânodo.
O processo de carga e descarga de baterias de lítio-enxofre é uma reação de conversão química que envolve mais elétrons do que o mesmo processo em baterias de íon-lítio. Isso significa que uma bateria de lítio-enxofre pode, teoricamente, armazenar muito mais energia do que uma bateria de íon-lítio do mesmo tamanho.
O enxofre é barato e está abundantemente disponível em todo o mundo, o que significa que os fabricantes de baterias não precisam de depender de metais escassos, como o níquel e o cobalto, que estão distribuídos de forma desigual na Terra e muitas vezes provenientes de regiões como a República Democrática do Congo, que tem regulamentações de segurança dos trabalhadores limitadas e práticas laborais justas.
Essas vantagens poderiam fornecer baterias com muito mais capacidade, mais baratas e de produção mais sustentável.
Por que as baterias de lítio-enxofre ainda não são amplamente utilizadas?
O maior obstáculo à produção em massa e ao uso de baterias à base de enxofre é a durabilidade. Uma boa bateria de íons de lítio, como as de um veículo elétrico, pode passar por milhares de ciclos de descarga e recarga antes que sua capacidade comece a diminuir. Isso equivale a milhares de viagens de carro.
Mas as baterias de lítio-enxofre tendem a perder capacidade muito mais rapidamente, às vezes após menos de 100 ciclos. Não são muitas viagens.
A razão está na química. Durante as reações químicas que armazenam e liberam energia em uma bateria de lítio-enxofre, alguns dos compostos de sulfeto de lítio se dissolvem no eletrólito líquido da bateria.
Quando isso acontece, essas quantidades de enxofre e lítio são removidas e não podem ser usadas em quaisquer reações restantes. Este efeito, conhecido como “transporte”, significa que a cada rodada de descarga e recarga, há menos elementos disponíveis para liberar e armazenar energia.
Nas últimas décadas, a pesquisa produziu designs aprimorados. As versões anteriores destas baterias perderam grande parte da sua capacidade em algumas dezenas de ciclos de descarga-recarga, e mesmo os melhores protótipos de laboratório lutaram para sobreviver além de algumas centenas.
Novos protótipos retêm mais de 80% da sua capacidade inicial mesmo após milhares de ciclos. Essa melhoria vem do redesenho das peças principais da bateria e do ajuste dos produtos químicos envolvidos: eletrólitos especiais ajudam a evitar que os sulfetos de lítio se dissolvam e se desloquem.
Os eletrodos também foram aprimorados, usando materiais como carbono poroso, que podem reter fisicamente os sulfetos de lítio intermediários, impedindo-os de se afastarem do cátodo. Isso ajuda as reações de descarga e recarga a acontecerem sem tantas perdas, tornando as reações mais eficientes e fazendo com que a bateria dure mais.
A estrada à frente
As baterias de lítio-enxofre não são mais curiosidades frágeis de laboratório, mas existem desafios significativos antes que possam se tornar concorrentes sérios para o armazenamento de energia no mundo real.
Em termos de segurança, as baterias de lítio-enxofre têm um cátodo menos volátil do que as baterias de íon-lítio, mas a pesquisa continua sobre outros aspectos da segurança.
Outro problema é que quanto mais energia uma bateria de lítio-enxofre armazena, menos ciclos de carregamento ela pode suportar. Isso porque as reações químicas envolvidas são mais intensas com o aumento da energia.
Esta compensação pode não ser um grande obstáculo para a utilização destas baterias em drones ou no armazenamento de energia ao nível da rede, onde densidades de energia ultraelevadas são menos críticas. Mas para os veículos eléctricos, que exigem uma elevada capacidade energética e um longo ciclo de vida, os cientistas e investigadores de baterias ainda precisam de encontrar um equilíbrio viável. Isso significa que a base para a próxima geração de baterias de lítio-enxofre provavelmente ainda levará alguns anos.
Fornecido por A Conversa
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
Citação: Baterias à base de enxofre podem oferecer aos veículos elétricos uma opção mais ecológica e de maior alcance (2025, 12 de novembro) recuperado em 13 de novembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-11-sulfur-based-batteries-electric-vehicles.html
Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.
