Como são produzidas as baterias de lítio?

Há mais lítio nessa imagem do que você imagina! (Fonte da imagem: Reprodução/Daily Mail)

Notebooks, tablets, smartphones... Se hoje em dia você pode contar com uma infinidade de aparelhos eletroportáteis, muito dessa mobilidade se deve a um metal que, além de molenga, também é muito difícil de ser encontrado por aí: o lítio. Desde que as suas propriedades de condutividade elétrica foram descobertas, o metal vem sendo utilizado nas mais variadas frentes de trabalho.

Além dos eletrônicos portáteis citados acima, hoje as baterias de íon de lítio (Li-Ion) habitam também algumas máquinas pesadas e vários modelos de veículos automotores. Com essa ampliação de uso, a produção do material também vem ganhando uma turbinada. Apesar disso, a demanda do metal pode ainda se mostrar maior do que a oferta, afinal de contas, o processo produtivo do lítio é caro e demorado. Confira!

Lítio? O que é isso?

Revisitando um pouco o material das aulas de química, podemos dizer que o lítio é o terceiro elemento químico da tabela periódica, sendo pertencente à família dos alcalinos. Representado pelo símbolo “Li”, ele traz uma estrutura com três prótons e três elétrons, além de uma massa atômica de 7 u.

Lítio misturado com sal e outros minerais logo após a secagem (Fonte da imagem: Reprodução/NBC)

O lítio é considerado o metal mais leve existente na Terra (isso, é claro, desconsiderando-se outras “invenções” de laboratório, como o aerografite ou o grafeno, por exemplo), apresentando a metade da densidade da água. Ele também é supermacio e traz uma cor branca com características metálicas, o que o faz parecer uma espécie de amido de milho quando está em sua forma natural.

Algumas curiosidades fazem parte do mundo que envolve o lítio. A palavra, por exemplo, vem do grego e significa pedra. Outro ponto que chama a atenção é o fato de que, além de servir para a elaboração de baterias de íon de lítio, o material também tem aplicações médicas, sendo utilizado no tratamento da depressão e de transtornos bipolares. Já teve até médico falando que seria bom ter uma dose do elemento despejada diretamente no abastecimento de água das cidades.

Como ele é extraído?

Como se trata de um metal, o lítio historicamente sempre foi extraído de forma bem semelhante aos seus “primos”, ou seja, cavava-se um buraco no chão, algumas pedras eram retiradas e os mineiros provocam uma explosão. Com isso, eles podiam separar os materiais que interessavam e mandavam essas pedras para o processamento. O problema é que o lítio é difícil de ser encontrado e esse processo tornava tudo muito caro, afinal de contas, muito trabalho é necessário para que se consiga extrair alguns quilos do metal.

Água com lítio é bombeada para a superfície (Fonte da imagem: Reprodução/YouTube)

Assim, pesquisas realizadas nas últimas décadas mostraram que o lítio é muito rico em regiões bem específicas: áreas próximas a grandes desertos de sal e que ficam perto de regiões com atividade vulcânica. Só essas características já provam como o material aparece mesmo em regiões muito particulares.

Com isso, desenvolveu-se uma nova forma de se extrair o lítio. Os “produtores”, vamos dizer assim, criam enormes piscinas com esse material “salgado”. Como o lítio pode estar vários metros para dentro da terra, o que eles fazem é bombear toda a “matéria-prima” para a superfície, enchendo uma enorme piscina com tudo o que é tirado lá de baixo.

Essas enormes piscinas (que mais parecem grandes açudes) aproveitam-se da luz do sol para fazer com que o material possa atingir um alto grau de saturação. Basicamente, a água é evaporada o máximo possível. Com isso, eles conseguem o lítio em uma forma bem mais concentrada.

Piscinas para a "secagem" do lítio (Fonte da imagem: Reprodução/NBC)

Esse processo tem uma duração variada e depende muito do local em que o material se encontra. Por exemplo: no deserto de Nevada, nos Estados Unidos, os produtores precisam esperar entre 18 e 24 meses até que o lítio esteja na concentração desejada. Nesse ponto, ele chega a se mostrar até 60 vezes mais concentrado do que na hora em que foi primeiramente extraído.

Após retirado, o lítio é levado para refinarias, que separam outros materiais do metal, retiram o sódio e fazem testes para avaliar a tensão e a quantidade de íons presente na sua constituição. Após esse refino, ele ganha o aspecto de um pozinho branco e com efeitos metálicos.

América Latina, a grande fonte de lítio

Se nos EUA há uma grande e tradicional usina de extração de lítio, na América Latina encontram-se algumas das maiores reservas do metal já descobertas em todo o planeta. Chile e Argentina, por exemplo, contam com enormes quantidades de lítio em suas terras. Eles, no entanto, perdem para outro país também latino-americano.

A Bolívia detém no Salar de Uyuni nada menos do que 70% da oferta mundial do metal. A extração do lítio, contudo, é estatizada e nenhuma grande corporação conseguiu colocar as mãos nas reservas do país, que ainda estuda maneiras de produzir e vender o material por conta própria.

O controle governamental boliviano, entretanto, não impede que mesmo assim haja um grande monopólio na oferta do metal em todo o planeta. Segundo o Gizmodo, apenas quatro companhias controlam boa parte da oferta mundial de lítio: Talison Lithium, Rockwood Holdings, Sociedad Quimica y Minera de Chile e FMC.

Tais gigantes devem estar dando pulos de alegria. A demanda mundial do seu “produto” cresce ano após ano e, com o crescimento gradual da sua presença nos carros elétricos, a estimativa é que haja uma grande alavancagem no consumo de lítio em todo o planeta.

Salar de Uyuni, na Bolívia: bilhões de toneladas de lítio (Fonte da imagem: Reprodução/Daily Mail)

Transformando tudo em baterias

Com o lítio na mão, empresas especializadas fazem o processamento do metal. Isso acontece em etapas. Primeiro, o lítio é misturado a uma espécie de tinta que lhe dá o aspecto de uma folha de papel alumínio depois de passar por todas as fases.

Lítio é transformado em "folhas" metálicas (Fonte da imagem: Reprodução/YouTube)

Depois, ele é prensado e passa por diversos rolos compressores de alta potência, algo como uma espécie de impressora gigantesca, que amassa, corta e ajusta o metal para que ele seja passado para frente. Isso o transforma em uma lâmina metálica superfina, com menos de 0,2 milímetro de espessura. Esse metal, por fim, é enrolado no formato de bobinas e passa para a etapa seguinte, que é a fabricação de baterias.

Esses grandes rolos de lítio são divididos em pequeninas bobinas que variam de tamanho de acordo com o tipo e tamanho da bateria. Há alternativas redondas, utilizadas em grandes baterias automotivas, e outras retangulares, presentes nos notebooks, por exemplo. Essas bobinas menores recebem, no entanto, vários “aditivos”.

Rolos e mais rolos (Fonte da imagem: Reprodução/YouTube)

Pelo fato de o lítio ser pegajoso e mole, ele precisa ser “casado” com um rolo de filme de propileno, algo que garante que ele não vai acabar grudando e se misturando. Se uma lâmina aderir à outra, o metal perde as suas qualidades e a bateria acaba inutilizada.

Esses rolos, já com proteção antigrude, voltam às máquinas de bobinagem. Dessa vez, o número de voltas necessário vai de acordo com o tipo da bateria. Uma de 3,56 volts, por exemplo, precisa de 26 rotações até que a célula de bateria seja criada. Após enrolada, ela vai para uma espécie de forno, que faz com que tudo seja comprimido a vácuo e fique firme e sólido.

Fixando camadas, realizando testes de temperatura, fechando à vácuo... (Fonte da imagem: Reprodução/YouTube)

Com as células de bateria produzidas, robôs realizam a produção dos contatos. Utilizando metal líquido, tudo é gravado na sua superfície, dando “acessibilidade” aos recursos do lítio e permitindo que os eletrônicos se comuniquem com ela. Assim, tudo finalmente se transforma em uma bateria, contando com o movimento dos íons para que o seu gadget móvel esteja sempre em funcionamento!

Vale a pena?

Mas e por que todo esse trabalho? Afinal de contas, o que há de tão especial com o lítio? Simples: ele funciona de maneira “amigável”, vamos dizer assim. Quando está cheio de energia, o lítio torna-se positivo. Basta ligá-lo a algo negativo para que ele descarregue tudo o que for necessário, alimentando o seu smartphone ou notebook, por exemplo.

Notebooks turbinados com lítio (Fonte da imagem: Reprodução/WikimediaCommons)

O metal também não perde facilmente o seu poder de ser recarregado e, para ficar sem tal recurso, ele precisa ser totalmente descarregado, ou seja, 100% da sua energia precisa ser extraída. Como tais baterias contam com gerenciamento inteligente, isso dificilmente acontece.

Dessa forma, o lítio ainda é a melhor opção disponível no mercado. Isso, no entanto, não impede que diversas pesquisas com outros materiais sejam desenvolvidas. O grafeno, por exemplo, é objeto de estudo em diversas partes do mundo – e já deu mostras de que, no futuro, pode ser um bom concorrente ao metal.

Na Universidade de Stanford, nos EUA, cientistas pegaram um modelo antigo de bateria de níquel e aço e simplesmente substituíram o carbono, um dos elementos presentes na solução responsável por fazer a condução de energia, por grafeno. Com isso, eles conseguiram fazer com que a bateria tivesse a sua carga totalmente completada em poucos minutos – acelerando a recarga do dispositivo em mil vezes.

Será que o grafeno poderá fazer melhor? (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade de Manchester)

Já na UCLA, também nos Estados Unidos, um estudante que buscava novas maneiras de fabricar folhas de grafeno acabou descobrindo, sem querer, uma forma de criar um supercapacitor. Basicamente, ele criou um disco de grafeno que, com apenas dois segundos de carga, conseguiu manter um LED aceso por cinco minutos.

Várias outras pesquisas, como as que são realizadas KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) em busca de uma bateria flexível ou na Universidade Northwestern, buscam criar um conceito totalmente inovador de bateria. Isso, no entanto, parece estar longe de acontecer, algo que deve garantir mais alguns anos de reinado ao lítio.