A tecnologia lítio-enxofre já está a ser desenvolvida em vários continentes e prevê-se que a produção em massa seja atingida até 2033. A IDTechEx prevê que, até 2035, o mercado do lítio-enxofre ultrapasse os 1,3 mil milhões de dólares.

Modos de Degradação:
As baterias de lítio-enxofre têm sido alvo de esforços de desenvolvimento no passado. No entanto, a sua química tem sido limitada devido a um método de degradação intrínseco: o efeito de transporte de polissulfetos. Os polissulfetos da forma Li₂Sx são produzidos no cátodo e transportados para o eletrólito, provocando a lixiviação dos materiais ativos. Estes polissulfetos também podem atingir o ânodo e iniciar as suas próprias reações redox, reduzindo o potencial redox efetivo da célula. Os polissulfetos podem também formar uma camada insolúvel de Li₂S no ânodo, impedindo o transporte de iões. O efeito global do efeito de transporte de polissulfetos é reduzir significativamente a eficiência coulombiana da célula, impactando severamente a vida útil da bateria.

A formação de dendrites de lítio metálico é também um problema, embora tenda a ser menos significativa do que a degradação por transporte de polissulfetos. Os dendritos de lítio formam-se no ânodo e infiltram-se no eletrólito, reagindo irreversivelmente e reduzindo o material ativo da célula. Além disso, durante os processos de carga e descarga, o cátodo de enxofre sofre um inchaço significativo, atingindo os 80% durante a descarga. Isto exerce uma pressão considerável sobre a estrutura do cátodo e pode reduzir a condutividade de contacto global da célula devido à formação e nucleação de fissuras.
Soluções para a degradação.

O transporte de polissulfetos pode ser combatido de diversas formas. A abordagem mais óbvia é talvez a utilização de um eletrólito sólido, uma vez que este impede o transporte de polissulfetos. No entanto, isto pode levar a uma redução significativa da condutividade na interface entre o eletrólito e o cátodo, dado que o enxofre é um mau condutor. Os eletrólitos líquidos alternativos são uma opção mais atrativa. Os polissulfetos são solúveis nos eletrólitos líquidos utilizados nas baterias de iões de lítio com ânodos de grafite. Contudo, existem outras soluções nas quais os polissulfetos não são solúveis, como éteres cíclicos, éteres de cadeia curta e éteres glicólicos.

Em alternativa, pode ser utilizada uma camada separadora ou membrana para impedir o transporte de polissulfetos. A membrana escolhida deve ser seletiva, permitindo a passagem de iões de lítio, mas não de polissulfetos. Isto pode ser conseguido de três formas:
Repulsão de cargas: aproveitando o facto de os polissulfetos serem carregados negativamente e os iões de lítio serem carregados positivamente.
Blindagem: bloqueando fisicamente o contacto direto dos iões com os materiais ativos, evitando assim a lixiviação de polissulfetos (por exemplo, utilizando nanotubos de carbono). Como os polissulfetos são muito maiores do que os iões de lítio, podem ser bloqueados seletivamente.
Adsorção: aprisionar os polissulfetos no cátodo utilizando materiais que os atraem. Os microporos podem ser utilizados para este método.
A expansão do cátodo pode ser controlada utilizando estruturas de cátodo alternativas, como redes tolerantes à expansão ou ligantes mais fortes. Os materiais alternativos podem permitir o desenvolvimento de estruturas de material único sem ligantes, melhorando significativamente a rigidez do coletor de corrente. Um exemplo é o poliacrilonitrilo sulfurizado, ou SPAN.

Pontos principais

As baterias de lítio-enxofre têm atraído o interesse de grandes empresas, principalmente a LG Chem, embora esta se tenha mantido em silêncio desde então. Agora, o setor é dominado por startups prontas a lançar os seus produtos no mercado. Eis alguns exemplos:
a Lyten começou como desenvolvedora de materiais de grafeno 3D, mas desde então concentrou-se na utilização dos seus materiais para baterias de lítio-enxofre. O grafeno 3D é utilizado como substrato para o cátodo de enxofre, permitindo uma maior condutividade e reduzindo o efeito de transporte de polissulfetos. A empresa pretende comercializá-lo para aplicações aeroespaciais e marítimas até ao final de 2025 e já tem planos em curso para uma gigafábrica.
A Theion é uma startup alemã que desenvolve cátodos de enxofre formados a partir de uma pastilha de enxofre puro. As pastilhas são cultivadas diretamente a partir de enxofre fundido. A tecnologia ainda está em fase de desenvolvimento, mas a empresa está a utilizar uma plataforma de IA para testes de baterias, visando reduzir significativamente o tempo de lançamento no mercado.
A Li-S Energy é uma empresa australiana que trabalha com lítio-enxofre. A empresa utiliza nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) para formar a estrutura do cátodo. Isto melhora a resistência e a condutividade. A Li-S concluiu recentemente a construção de uma fábrica de produção de células tipo bolsa com uma capacidade de 2 MWh. A
maior energia específica, mas menor densidade energética, da bateria de lítio-enxofre torna-a particularmente adequada para aplicações aeroespaciais, de defesa e marítimas, especialmente em veículos aéreos não tripulados (UAV) ou drones. No entanto, espera-se que esta tecnologia seja também utilizada em veículos elétricos, principalmente veículos elétricos de grande porte. A IDTechEx prevê que mais de 14 GWh sejam produzidos globalmente até 2035.

Autor: Daniel Parr, analista de tecnologia da IDTechEx