Baterias de lítio-enxofre para carros elétricos enfrentam um problema e fezes humanas podem ser a solução

A indústria automotiva se lançou de cabeça na eletrificação. Sejam híbridos, plug-ins ou 100% elétricos, todos possuem baterias, e a chave para convencer mais usuários a abandonar seus carros a combustão é garantir maior autonomia. As baterias de estado sólido são uma das tecnologias em investigação, mas existem outras muito promissoras, como as de lítio-enxofre, e a Universidade de Córdoba acredita que há dois ingredientes secretos para aprimorar a fórmula. Urina e excrementos.

Li-S

A ideia não é novidade. Falamos de baterias de sulfeto de lítio há mais de uma década e, enquanto aguardamos a consolidação da escala necessária para as baterias de estado sólido, as baterias de lítio-enxofre representam uma das esperanças para os carros elétricos. Elas têm o dobro da densidade energética real das baterias de íon-lítio, o enxofre é extremamente abundante e econômico em comparação com materiais críticos como cobalto ou níquel, não é controlado pela China, é mais seguro porque o risco de fuga térmica é menor e o impacto ambiental é reduzido.

Elas não são perfeitas, pois a condutividade é baixa, os processos de fabricação não são tão otimizados quanto os das alternativas atuais e, sobretudo, a vida útil atual é muito limitada: embora haja progresso nesse sentido, são apenas 300 a 500 ciclos de carga, em comparação com 1 a 3 mil para as baterias de íon-lítio. No entanto, como dissemos, elas se tornaram uma tecnologia promissora, e a Universidade de Córdoba quer que um dos ingredientes da bateria seja... o cocô.

Baterias a partir de resíduos

O Instituto Químico de Energia e Meio Ambiente (IQUEMA) da Universidade de Córdoba publicou um estudo no qual testa o potencial do lodo de uma estação de tratamento de esgoto municipal para convertê-lo em carvão ativado. Trata-se de um material essencial para baterias de lítio-enxofre, pois funciona como condutor, e os pesquisadores consideram que ele seja a resposta para o desafio de otimizar os eletrodos dessas baterias.

Como dissemos, o enxofre tem vantagens, mas uma das grandes desvantagens é seu índice de condutividade. Isso exige carvão ativado e outras matrizes condutoras que são caras de produzir. Mas, é claro, se essa matriz condutora for criada a partir de resíduos que todas as cidades do mundo produzem, independentemente de tudo, as coisas mudam.

Villaviciosa de Córdoba

Para isso, o IQUEMA utilizou lodo da estação de tratamento de águas residuais de Villaviciosa de Córdoba. Esta estação utiliza um sistema de tratamento que gera um lodo com uma composição interessante para a realização do experimento: é rico em matéria orgânica, metais, nitrogênio e fósforo.

Combinando-os, é possível criar um material com um bom índice de desempenho eletroquímico. O processo é o seguinte:

• Secagem: o lodo é seco e pulverizado.
• Modificação química: adiciona-se potássio como agente químico para tornar o material mais poroso.
• Pirólise: a mistura é submetida a temperaturas de 800 °C para converter a matéria orgânica em carvão ativado.
• Mistura com enxofre: este é incorporado à matriz de carvão ativado e a última etapa consiste em integrá-lo aos eletrodos da bateria.

Promissor

Os pesquisadores descobriram que o carvão ativado obtido possui propriedades ideais para ser utilizado como material nessas baterias. Sua estrutura porosa e a dopagem com nitrogênio melhoram o transporte de elétrons e íons, e o material resultante apresenta alto teor de enxofre. Isso permite que a bateria tenha alta estabilidade eletroquímica.

Em outras palavras, um dos principais problemas dessa tecnologia, a baixa condutividade do enxofre para o cátodo, é algo que a matriz criada a partir do lodo de Villaviciosa de Córdoba mitiga. E, por se tratar de matéria-prima, é mais fácil de reciclar do que outras baterias convencionais, para as quais tecnologias adjacentes precisam ser desenvolvidas para a sustentabilidade. Segundo os pesquisadores, é uma via que vale a pena explorar, pois "triplica a capacidade de armazenamento de uma bateria de íon-lítio".

Além das fezes

Dados os resultados, é provável que vejamos mais estudos nessa direção. Trata-se de uma solução que resolve um problema duplo: a gestão de resíduos nos municípios, transformando-os em um material fundamental para solucionar um dos desafios das baterias de lítio-enxofre. E o interessante é que o IQUEMA não ficou restrito apenas ao lodo das estações de tratamento.

Anteriormente, o potencial de subprodutos agroindustriais, como caroços de azeitona e abacate, mas também cascas de amêndoa e pistache, foi explorado. O problema é que esses materiais já são demandados em outros setores (como compostagem ou aquecimento), e é aí que reside a grande vantagem dos excrementos humanos: "ninguém" os quer.

Imagens | AS, Tomás Freres