Uma pequena alteração no design das baterias pode reduzir incêndios, dizem investigadores

Uma equipa de investigadores propõe uma simples alteração no eletrólito das baterias de iões de lítio que, em testes laboratoriais, reduziu drasticamente o aquecimento após perfuração. Um passo que pode ajudar a travar incêndios sem mudar as atuais linhas de fabrico

As baterias de iões de lítio estão presentes em tudo, desde smartphones a automóveis, e embora sejam geralmente muito seguras quando armazenadas e carregadas corretamente, existem milhares de casos documentados de incêndios, por vezes com consequências fatais.

Contêm eletrólitos inflamáveis, soluções líquidas de sais de lítio dissolvidos em solventes orgânicos que permitem a circulação da carga elétrica. Estas baterias podem tornar-se instáveis em determinadas condições, como danos físicos (por exemplo, perfurações), sobrecarga, temperaturas extremas ou defeitos de fabrico. Quando algo corre mal, a bateria pode aquecer rapidamente e incendiar-se, entrando numa perigosa reação em cadeia conhecida como “fuga térmica”.

A aviação comercial está particularmente exposta a este problema, dada a omnipresença de dispositivos alimentados por baterias a bordo e o risco extremo que um incêndio na cabine ou no porão representa. Nos Estados Unidos, a Administração Federal da Aviação (FAA) proíbe há muito o transporte de baterias sobresselentes de iões de lítio na bagagem de porão e exige que todas as baterias transportadas na cabine permaneçam acessíveis. A agência registou 89 incidentes com baterias envolvendo fumo, fogo ou calor extremo em aeronaves de passageiros e de carga em 2024, e 38 apenas na primeira metade de 2025.

Estes incidentes podem levar à perda total de uma aeronave, como aconteceu com um Airbus A321 que ficou destruído por um incêndio em janeiro, em Busan, na Coreia do Sul. Segundo os investigadores, o fogo terá sido iniciado por uma power bank guardada num compartimento superior, o que levou algumas companhias aéreas a proibir estes dispositivos.

Mas os riscos da fuga térmica não se limitam aos aviões. Estendem-se também às casas, particularmente vulneráveis a incêndios causados por baterias de bicicletas ou trotinetes elétricas, e a empresas de todos os setores. Um inquérito realizado pela seguradora Aviva em 2024, junto de mais de 500 empresas no Reino Unido, concluiu que pouco mais de metade já tinha vivido um incidente relacionado com baterias de iões de lítio, como faíscas, incêndios ou explosões.

Investigadores de todo o mundo estão a trabalhar para resolver o problema, desenvolvendo baterias mais seguras, por exemplo substituindo o eletrólito líquido por um sólido ou gel mais resistente ao fogo. No entanto, estas soluções exigem alterações significativas às linhas de produção atuais, o que constitui um obstáculo à sua adoção em larga escala.

Agora, uma equipa de investigadores da Universidade Chinesa de Hong Kong propôs uma alteração no design das baterias de iões de lítio que pode ser rapidamente integrada nos métodos de fabrico existentes, uma vez que envolve apenas a substituição de químicos na solução de eletrólito já utilizada.

O método foi descrito no início deste ano num estudo liderado por Yue Sun, atualmente investigadora de pós-doutoramento no Virginia Tech: “Penso que a coisa mais difícil de perceber sobre as baterias é que, quando se tenta otimizar o desempenho, por vezes compromete-se a segurança”. A investigadora explica que aumentar o desempenho implica focar-se em reações químicas que ocorrem à temperatura ambiente, enquanto aumentar a segurança exige atenção às reações que acontecem a temperaturas elevadas.

“Por isso, tivemos a ideia de quebrar este compromisso, concebendo um material sensível à temperatura, que oferece bom desempenho à temperatura ambiente, mas também boa estabilidade a altas temperaturas”.

Manter a temperatura sob controlo

Os incêndios em baterias começam geralmente quando parte do eletrólito se degrada sob stress e liberta calor numa reação em cadeia. O design desenvolvido por Yue Sun e os seus colegas utiliza um novo eletrólito que inclui dois solventes, concebidos para travar essa reação.

À temperatura ambiente, o primeiro solvente mantém a estrutura química da bateria compacta, otimizando o desempenho. Mas se a bateria começar a aquecer, o segundo solvente entra em ação e previne o incêndio ao tornar essa estrutura mais solta e ao desacelerar as reações que poderiam levar a uma fuga térmica.

Em testes laboratoriais, uma bateria com este novo design, perfurada com um prego, registou um aumento de temperatura de apenas 3,5 graus Celsius, em vez do pico de 555 graus Celsius observado numa bateria tradicional. Os investigadores afirmam que não há impacto negativo no desempenho ou na durabilidade da bateria, que manteve mais de 80% da sua capacidade após 1.000 ciclos de carregamento.

“Como a nossa invenção é o eletrólito, pode ser facilmente implementada em sistemas comerciais. Basicamente, basta substituir o eletrólito”, explica Yi-Chun Lu, professor de engenharia mecânica e de automação na Universidade Chinesa de Hong Kong e um dos autores do estudo.

“No processo de fabrico, o aspeto mais difícil são os elétrodos, ou a parte sólida. Mas o eletrólito que estamos a substituir é um líquido, pelo que pode ser injetado diretamente na célula sem necessidade de novo equipamento ou de um novo processo”, acrescenta. 

A nova formulação química aumentaria ligeiramente os custos de fabrico, mas Yi-Chun Lu afirma que, à escala industrial, o preço seria “muito semelhante” ao das baterias atuais. Os investigadores estão interessados em desenvolver comercialmente a ideia e estão em conversações com fabricantes de baterias para levar o design ao mercado, o que poderá demorar entre três a cinco anos, segundo Yi-Chun Lu. 

Nos testes, a equipa construiu uma bateria grande o suficiente para alimentar um tablet, mas Yi-Chun Lu afirma que será necessária mais “validação” para escalar o design até dimensões adequadas, por exemplo, para automóveis.

Investigadores na área da segurança de baterias de lítio que não participaram no estudo expressaram opiniões positivas quando contactados pela CNN internacional . Donal Finegan, cientista sénior no Laboratório Nacional de Energias Renováveis dos Estados Unidos, diz por email que o novo design é um desenvolvimento entusiasmante, traduzindo-se numa bateria mais segura, capaz de tolerar temperaturas elevadas e curto-circuitos sem provocar incêndios. “A solução de eletrólito estrategicamente escolhida é escalável e não compromete significativamente a vida útil da bateria, o que ajuda a eliminar muitas barreiras à adoção em massa em sistemas comerciais”, acrescenta.

O estudo analisou várias composições de eletrólitos e encontrou opções que equilibram a durabilidade das células ao longo de muitos ciclos com a estabilidade a temperaturas mais elevadas, segundo Gary Koenig, professor de engenharia química na Universidade da Virgínia. “Do ponto de vista do fabrico, a implementação de um novo eletrólito pode ser alcançada num prazo relativamente curto, desde que não surjam problemas inesperados de compatibilidade no processo”, diz também por email.

Jorge Seminario, professor de engenharia química na Universidade Texas A&M, afirma por email que o novo design responde a um dos desafios mais críticos das baterias de iões de lítio de alta energia: alcançar simultaneamente segurança e desempenho. “O estudo é altamente inovador e impactante, oferecendo uma solução prática para um bloqueio crítico na segurança das baterias de iões de lítio”, conclui.