Ilustração da síntese do material (CPM) e micrografias mostrando sua estrutura.
[Imagem: Mahsa Masoudi et al. - 10.1002/advs.202502553]

Baterias que respiram CO2

Desde a descoberta da possibilidade técnica de se construir baterias de lítio-ar, inúmeros grupos de pesquisas vêm trabalhando arduamente para viabilizar essas "baterias que respiram".

Mahsa Masoudi e colegas da Universidade de Surrey, no Reino Unido, fizeram um avanço nessas baterias ecológicas que não só armazenam mais energia do que as atuais, mas também podem ajudar a combater as emissões de gases de efeito estufa - as baterias de lítio-CO2 liberam energia enquanto capturam dióxido de carbono da atmosfera, uma alternativa mais ecológica que pode um dia superar as baterias de íons de lítio atuais.

Os protótipos de baterias de lítio-CO2 têm aparecido, mas eles enfrentam problemas de eficiência, desgastando-se rapidamente, dependendo de materiais raros e caros, como a platina, e, pior de tudo, não sendo capazes de recarregar.

Masoudi encontrou uma maneira de superar todos esses problemas usando um catalisador de baixo custo chamado fosfomolibdato de césio (CPM). Usando modelagem computacional e experimentos de laboratório, a equipe descobriu que essa simples mudança permite que a bateria armazene significativamente mais energia, recarregue com tensão muito mais baixa e funcione por mais de 100 ciclos.

"Um dos maiores desafios com essas baterias é algo chamado 'sobrepotencial' - a energia extra necessária para desencadear a reação. Pense nisso como pedalar em uma subida antes de conseguir desacelerar. O que mostramos é que o CPM achata essa subida, o que significa que a bateria perde muito menos energia a cada carga e descarga," disse o professor Siddharth Gadkari.

Rota catalítica da reação que faz a bateria funcionar.
[Imagem: Mahsa Masoudi et al. - 10.1002/advs.202502553]

Promissoras

Ao ver que sua bateria funcionava tão bem, a equipe precisou então desmontá-la para descobrir seus segredos.

Os testes post-mortem revelaram que o carbonato de lítio, o composto formado quando a bateria absorve CO2, pode ser acumulado e removido de forma confiável - uma característica essencial para aumentar a durabilidade da bateria.

Os pesquisadores então recorreram à modelagem computacional usando a teoria do funcional da densidade (DFT), que permite explorar como as reações químicas se desenrolam na superfície do material. Os resultados mostraram como a estrutura estável e porosa do CPM oferece a superfície ideal para reações químicas essenciais para o armazenamento de energia.

"O que é empolgante nessa descoberta é que ela combina desempenho robusto com simplicidade. Mostramos que é possível construir baterias de lítio-CO2 eficientes usando materiais acessíveis e escaláveis - sem a necessidade de metais raros. Nossas descobertas também abrem caminho para o desenvolvimento de catalisadores ainda melhores no futuro," disse Gadkari.

Embora 100 ciclos de carga e descarga seja pouco para se pensar em comercialização, os resultados alcançados abrem novas portas para o desenvolvimento de materiais ainda melhores, de baixo custo e fáceis de fabricar. Com mais pesquisas sobre como esses catalisadores interagem com eletrodos e eletrólitos, as baterias de lítio-CO2 poderão eventualmente se tornar uma maneira prática de armazenar energia limpa, ajudando a reduzir o carbono na atmosfera.