Uma pesquisa desenvolvida no Departamento de Química da Universidade Federal de Viçosa (UFV) demonstrou, pela primeira vez, a montagem e o funcionamento de uma bateria completa de íons de lítio utilizando lignina, um subproduto da madeira, como ligante nos dois eletrodos e preparada em meio aquoso. O estudo representa um avanço na busca por tecnologias de armazenamento de energia mais sustentáveis e pode contribuir, futuramente, para aplicações em celulares, tablets, computadores portáteis, veículos e bicicletas elétricas, entre outros equipamentos.
Publicado na revista internacional Electrochimica Acta, o trabalho reúne pesquisadores da UFV, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Shanghai University, na China. A pesquisa foi coordenada pelo professor Reinaldo Teófilo, do Laboratório de Química Aplicada do Departamento de Química da UFV. O pesquisador Igor Gonçalves é o primeiro autor e foi orientado por Teófilo.
ALTERNATIVA AO PVDF
Os ligantes têm a função de manter unidas as partículas responsáveis pelo armazenamento de energia e garantir sua adesão ao metal que conduz a corrente elétrica. Atualmente, um dos materiais mais utilizados pela indústria é o PVDF, cuja aplicação geralmente depende do solvente orgânico NMP, que apresenta riscos ambientais e à saúde e aumenta a complexidade e o custo da fabricação dos eletrodos.
Como alternativa, os pesquisadores utilizaram a lignina, um biopolímero natural, renovável e abundante, gerado em grandes quantidades como subproduto da indústria de celulose e papel. Segundo o professor Reinaldo Teófilo, o material pode deixar de ser destinado principalmente à queima para receber uma aplicação de maior valor tecnológico.
RESULTADOS
A lignina foi utilizada como ligante tanto no ânodo de grafite quanto no cátodo de fosfato de ferro e lítio (LiFePO₄). Parte das amostras também recebeu tratamento hidrotérmico com água, calor e pressão para modificar a estrutura do material. De acordo com os pesquisadores, trabalhos anteriores já haviam demonstrado o uso da lignina em um dos eletrodos. O diferencial desta pesquisa foi demonstrar uma célula completa de íons de lítio, com lignina utilizada simultaneamente como ligante no ânodo e no cátodo.
Nos testes, a lignina modificada apresentou desempenho comparável ou superior ao PVDF. No cátodo, a perda de capacidade após 200 ciclos foi de 18,2% com a lignina modificada, contra 22,2% com PVDF. Na bateria completa, o sistema permaneceu estável durante 300 ciclos de carga e descarga. Com uma etapa de pré-litiação do ânodo, a célula conservou aproximadamente 94,3% da capacidade ao final do teste.
TECNOLOGIA MAIS SUSTENTÁVEL
Além do desempenho eletroquímico, a utilização da lignina apresenta potenciais vantagens ambientais e econômicas. O material é renovável e abundante, enquanto o processamento em meio aquoso permite substituir o solvente orgânico NMP. A lignina também possui potencial para apresentar custo inferior ao PVDF, o que poderá contribuir para processos de fabricação mais simples e acessíveis.
Os experimentos foram realizados em células do tipo moeda, utilizadas na etapa de pesquisa e desenvolvimento. Segundo os pesquisadores, os resultados abrem caminho para estudos de escalonamento e aplicação em baterias de maiores dimensões. Para Reinaldo Teófilo, a pesquisa mostra como a ciência pode transformar subprodutos da biomassa em materiais de alto valor agregado e contribuir para os desafios relacionados à transição energética. A pesquisa contou com apoio da Fapemig, Finep e Capes e está relacionada aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU voltados à energia limpa, inovação e consumo e produção responsáveis.
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