Globalmente, a procura de baterias atingiu níveis de vários terawatts-hora (mais de 2,4 TWh em 2023, segundo a Agência Internacional de Energia), com milhares de milhões de baterias de iões de lítio vendidas anualmente. Mais de 90% destas baterias acabam em aterros sanitários. O relatório da IDTechEx, "Mercado de Baterias Flexíveis 2025-2035: Tecnologias, Previsões e Principais Empresas", inclui detalhes sobre baterias finas e flexíveis para aplicações de microenergia e a transição gradual para alternativas sustentáveis.
O lítio é o principal material utilizado nas modernas tecnologias de baterias. No entanto, a sua disponibilidade depende da extração do lítio. A maior fonte comercial de lítio é a extração de depósitos subterrâneos (conhecidos como salinas devido à sua solução salina natural), que tem um impacto ambiental relativamente baixo. Contudo, as minas de lítio são uma importante fonte secundária. Actualmente, a exploração de minas de lítio não é sustentável, pois contribui para o esgotamento dos recursos hídricos e para a destruição de habitats.
As PFAS, ou substâncias perfluoroalquiladas e polifluoroalquiladas, são utilizadas em diversas fases da construção de baterias. Em primeiro lugar, as PFAS são utilizadas como aglutinantes no cátodo para fixar o material ativo ao elétrodo e ligar o coletor de corrente ao elétrodo. Especificamente, o PTFE e o PVDF são utilizados em baterias de lítio recarregáveis e não recarregáveis, bem como noutras composições químicas de baterias. As PFAS são adequadas para esta aplicação devido às suas boas propriedades adesivas e dispersantes. Algumas baterias de iões de lítio também utilizam PFAS em eletrólitos líquidos, por exemplo, triflato de lítio, LiTFSI e LiBETI. Dependendo da bateria, as PFAS podem também ser utilizadas em revestimentos de separadores e membranas. Podem servir como aglutinantes em revestimentos de separadores cerâmicos, por exemplo. Geralmente, estas PFAS têm um baixo impacto ambiental e não são tóxicas. No entanto, à medida que os PFAS suscitam um crescente interesse por parte das agências governamentais, poderão vir a enfrentar regulamentações cada vez mais rigorosas no futuro, particularmente na Europa, onde se prevê a implementação gradual de novas normas até 2025. O âmbito exato destas novas regulamentações ainda não foi definido, o que constitui um importante fator motivador para o desenvolvimento de novos métodos inovadores de produção de baterias.
Ilustração de alguns componentes de baterias nos quais podem ser utilizadas substâncias PFAS. Fonte: IDTechE
Como resultado destes fatores, muitas empresas têm demonstrado interesse em materiais e métodos de fabrico mais sustentáveis. A IDTechEx analisou especificamente empresas dos setores de filmes finos e microenergia no relatório "Mercado de Baterias Flexíveis 2025-2035: Tecnologias, Previsões e Principais Empresas". Duas tendências gerais emergem desta análise. Em primeiro lugar, o desenvolvimento de novos métodos de fabrico e materiais aglutinantes para as químicas tradicionais de lítio. Em segundo lugar, o desenvolvimento de novos produtos químicos que substituem a necessidade de lítio e, em alguns casos, eliminam a necessidade de aglutinantes à base de PFAS.
A primeira abordagem envolve o desenvolvimento de tecnologias de cura a seco e de cura energética. A Ateios é um exemplo de uma empresa que utiliza este tipo de métodos. A tecnologia Raicure™ da Ateios é um processo de cura energética para elétrodos de baterias que não requer a utilização de PFAS. Esta tecnologia foi originalmente desenvolvida pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge. A Ateios combina polímeros de cura energética com pó de bateria para fabricar os seus elétrodos. Durante o processo de mistura, o aglutinante é introduzido em fragmentos, o que ajuda a melhorar a mistura e a dispersão. Após o revestimento da folha, esta passa por um processo de plataforma que converte os fragmentos de polímero numa rede interligada, tornando o elétrodo mais robusto. A utilização de aglutinantes fragmentados no processo de mistura elimina a necessidade de solventes.
A segunda abordagem envolve as químicas livres de lítio. Entre estas, as baterias impressas de zinco-carbono e zinco-prata são as mais significativas no campo das microbaterias finas. O zinco é mais abundante que o lítio, a sua extração é mais barata e é considerado amigo do ambiente. O zinco é extraído de concentrados abundantes de zinco, geralmente sulfureto de zinco. Este sulfureto é depois oxidado para produzir óxido de zinco, que é lixiviado para formar sulfato. O sulfato é purificado e, por fim, o zinco metálico é extraído por eletrólise. As baterias impressas de zinco-carbono e zinco-prata são valorizadas pela sua reduzida espessura e flexibilidade, sendo utilizadas em aplicações de IoT e logística, especialmente em etiquetas inteligentes. Os principais players incluem a Zinergy e a CCL Design. A sua principal concorrência são as baterias portáteis, a maioria das quais à base de lítio, embora também sejam utilizadas algumas químicas à base de zinco (zinco-ar). A diferenciação através da sustentabilidade está a tornar-se cada vez mais relevante neste segmento de aplicação, particularmente na Europa.
Outro exemplo é o desenvolvimento de uma célula de combustível alternativa às baterias tradicionais. A BeFC é uma empresa francesa que desenvolve células de combustível bioenzimáticas para substituir as baterias finas em aplicações de microenergia. Estas células de combustível são impressas em papel e utilizam reações biocatalíticas com a glicose para gerar energia. São feitas de materiais orgânicos, o que as torna relativamente sustentáveis. As células são concebidas para serem facilmente descartáveis e de utilização única. A célula de combustível é utilizada da mesma forma que uma bateria, embora seja necessário um catalisador para iniciar a geração de energia. Este catalisador pode assumir duas formas gerais: estímulos externos (por exemplo, biológicos ou ambientais), como o suor, a urina, o sangue e a saliva, que podem ser utilizados em aplicações médicas ou cosméticas, ou a água da chuva ou dos rios para aplicações de deteção remota; e estímulos artificiais, como o reservatório em forma de bolha patenteado pela empresa, que pode ser rompido para ativação, semelhante a uma chave de ignição mecânica. A empresa concentra-se em aplicações da Internet das Coisas (IoT), adesivos transdérmicos e etiquetas inteligentes, especialmente nos casos em que a não toxicidade e a facilidade de eliminação são importantes.
Com o aumento das preocupações sobre a extração de materiais e os processos de fabrico de baterias, e com a crescente iminência de novas regulamentações, os fornecedores de baterias que possam oferecer alternativas sustentáveis às tecnologias tradicionais verão um aumento do interesse, desde que consigam manter a funcionalidade.
Autor: Daniel Parr, Analista de Tecnologia da IDTechEx
