(e) A bateria de lítio recarregável não usa lítio metálico como material de eletrodo. No entanto, ela ainda oferece uma vantagem substancial sobre as pilhas baseadas em níquel. Por que é esse o caso?
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o enunciado. A pergunta é sobre baterias recarregáveis de lítio que não usam lítio metálico como eletrodo, mas ainda assim têm uma grande vantagem em relação às pilhas à base de níquel (ex.: Ni–Cd, Ni–MH). Então:
• Conteúdo: eletroquímica de baterias, potencial de eletrodos e materiais de eletrodo (metal vs intercalação).
• O que precisamos: entender por que o lítio metálico causa problemas (dendritos, segurança) e como a bateria de íons-Li resolve isso mantendo alta tensão e capacidade.
• Conteúdo: eletroquímica de baterias, potencial de eletrodos e materiais de eletrodo (metal vs intercalação).
• O que precisamos: entender por que o lítio metálico causa problemas (dendritos, segurança) e como a bateria de íons-Li resolve isso mantendo alta tensão e capacidade.
Passo 2
Primeiro, um pouquinho de teoria de eletroquímica.
- Cada par eletrodo/eletrólito tem um potencial padrão
. Para o par , isso significa que, em tese, uma célula com eletrodo de lítio metálico daria uma tensão beirando 3,6–3,7 V na prática. - Em pilhas de níquel (Ni–Cd:
; Ni–MH: ), o par NiOOH/Ni(OH) tem potencial bem menor, então tensão menor. - Capacidade específica do lítio metálico é alta:
, enquanto Cd e hidretos são bem menores ( ).
Mas… usar lítio metálico direto tem um problema:
• Na recarga, o Li “plaqueia” desordenado e forma dendritos (pontas afiadas de metal), que podem atravessar o separador e causar curto-circuito.
• Isso gera riscos de fogo/explosão e degradação rápida (poucas recargas).
• Na recarga, o Li “plaqueia” desordenado e forma dendritos (pontas afiadas de metal), que podem atravessar o separador e causar curto-circuito.
• Isso gera riscos de fogo/explosão e degradação rápida (poucas recargas).
Passo 3
Aí entra o segredo das baterias de íons-lítio “de verdade” (recarregáveis): em vez de metálico, o anodo é um material de intercalação, tipo grafite. Quando descarrega, o lítio sai do cátodo (um óxido de metal como LiCoO₂, LiFePO₄ etc.) e vai “se enfiar” entre camadas de grafite, formando LiC₆. Quando carrega, ele volta pro cátodo.
Com isso:
Com isso:
- Sem dendritos, porque o Li não se deposita como metal, e sim intercalado de maneira ordenada.
- Alta tensão
graças ao mesmo potencial baixo de Li Li. - Boa estabilidade de ciclo (centenas a milhares de recargas).
Passo 4
Comparando então:
• Pilhas Ni–Cd/Ni–MH → tensão baixa (~1,2 V), capacidade moderada, não têm dendritos mas perdem desempenho rápido e usam metais pesados.
• Íons-Li sem metal → tensão alta (~3,7 V), capacidade e densidade de energia muito maiores, ciclo de vida longo, sem risco de dendritos de metal.
• Pilhas Ni–Cd/Ni–MH → tensão baixa (~1,2 V), capacidade moderada, não têm dendritos mas perdem desempenho rápido e usam metais pesados.
• Íons-Li sem metal → tensão alta (~3,7 V), capacidade e densidade de energia muito maiores, ciclo de vida longo, sem risco de dendritos de metal.
Resposta
A bateria de íons-lítio não usa lítio metálico para evitar a formação de dendritos – responsáveis por curtos e riscos de segurança – mas mantém o par Li
/Li com alto potencial redox (3,6–3,7 V) e alta capacidade ao empregar materiais de intercalação (grafite no anodo). Isso resulta em tensão e densidade de energia bem superiores às pilhas de níquel, com muito mais recargas seguras.