Os veículos elétricos têm o potencial de reduzir a poluição nos centros urbanos. Um estudo da Universidade de Chicago aponta que a poluição do ar é a maior ameaça à saúde humana, reduzindo a expectativa de vida em impressionantes 10 anos para moradores de Nova Delhi e grandes partes do norte da Índia. Na média global, essa redução é de quase 2 anos, superando 6 anos em muitas regiões da China [16], 17].
A grande maioria dos estudos, como o da Agência Internacional de Energia, afirma que a sustentabilidade das baterias de lítio é muito melhor do que a dos motores de combustão interna. A sustentabilidade de cada solução é medida pelas emissões equivalentes de CO2 em todo o ciclo de vida do produto (fabricação, uso, fim de vida). A figura abaixo mostra que, hoje, somente na China motores a diesel emitem menos do que veículos elétricos à bateria. Porém esse cenário muda radicalmente com o tempo, isso porque a China obtém energia principalmente a partir do carvão, mas está em transição para fontes mais limpas [18], [19].
As baterias de lítio oferecem inúmeras vantagens em relação as outras tecnologias, uma das mais importantes é a sua elevada densidade energética, permitindo o funcionamento prolongado de equipamentos enquanto possui apenas uma fração do peso e volume, além de possibilitarem muito mais ciclos de carregamento. Essas características farão com que o lítio seja importantíssimo para a mobilidade urbana com a difusão dos veículos elétricos [6].
Níquel-Cádmio (NiCd) é uma tecnologia mais antiga que não está muito em uso atualmente, porém ainda pode ser útil por conta de suas peculiaridades como tolerância a temperaturas extremas e longo ciclo de vida. Enquanto todas as outras químicas preferem uma descarga superficial e correntes de carga moderadas, ela é uma bateria robusta onde trabalhos pesados não representam um empecilho. De fato, é o único tipo de bateria que tem boa performance sob condições de trabalho severas. Não é aconselhável deixá-la em carregadores por dias e usá-la ocasionalmente por breves períodos, uma descarga periódica é importante devido ao “efeito memória”. Trata-se da bateria mais econômica em termos de custo por ciclo [12], [14].
Para a maioria dos dispositivos eletrônicos, é melhor usar baterias Níquel-Metal-Hidreto (NiMH) do que NiCd. A NiMH é mais ecológica por não ter cádmio em sua composição, um metal pesado altamente tóxico, e geralmente tem maior capacidade. Apesar do NiCd oferecer taxas de descarga mais rápidas, a diferença não é relevante para aplicações como câmeras digitais ou aparelhos de música portáteis. No entanto, para o acionamento de ferramentas portáteis de torque elevado, NiCd poderá ser superior. É amplamente difundida a ideia de que NiMH é um passo intermediário para a tecnologia lítio-íon [13], [14].
A densidade energética do li-ion é normalmente o dobro da NiCd, suas características de carga são razoavelmente boas e se comportam de forma similar. Sua curva de descarga uniforme permite uma utilização eficiente da energia armazenada na faixa desejada de voltagem [14]. A autodescarga do lítio é muito menor, geralmente 5% nas primeiras 4 horas após a carga, depois caindo para 1 ou 2% ao mês, além disso, necessita de pouca manutenção, já que não é preciso realizar descargas periódicas por não possuir o “efeito memória” [6]. Um comparativo entre os níveis de autodescarga para as diferentes tecnologias é apresentado na tabela abaixo.
Na maioria das vezes, a bateria de lítio é superior às demais devido a sua confiabilidade e eficiência, entre outros atributos. No entanto, em casos de pequenos sistemas de armazenamento off-grid que não são utilizados com frequência, chumbo ácido é uma opção de menor custo que pode ser preferível [11].
Entre os pontos negativos do lítio-íon estão sua fabricação de custo elevado, pode sofrer restrições no transporte, não é uma tecnologia madura, é frágil e requer um circuito de proteção para uma operação segura [14]. Apesar de funcionar numa ampla faixa de temperatura, quando excede seu limite é desligada por completo, ou pega fogo [1].
Apesar das inúmeras vantagens, tem surgido preocupações sobre a segurança dessa tecnologia. Nos últimos anos, apareceram relatos de explosões de baterias de lítio. Muitos culparam o uso de carregadores piratas, mas essa não é a causa principal, pois trata-se de um problema inerente delas, afirma o palestrante da Intersolar Estelito Rangel Júnior, consultor de sistemas industriais e instalações em lugares de alta periculosidade. Alguns exemplos de explosões incluem lanternas em operação em minas devido à reação com o metano, o Samsung Galaxy Note 7 que sofreu recall, um caso num aeroporto (2017), em um avião da Delta (2018) e um veículo Tesla em um estacionamento (2019).
Em uma bateria de lítio, o ânodo e o cátodo são isolados um do outro através de um separador que, com o tempo, pode se desgastar. O seu rompimento faz com que grandes quantidades de corrente fluam diretamente entre os polos, causando um curto-circuito na célula e produzindo enormes quantidades de energia térmica que ficam contidas na bateria, essa falha é chamada de fuga térmica (thermal runaway) [9].
A fuga térmica da bateria de lítio é o início de uma reação em cadeia incontrolável. A temperatura aumenta rapidamente e a energia armazenada é liberada repentinamente. Como resultado, o eletrólito se decompõe liberando gases inflamáveis e tóxicos, começa um incêndio que dificilmente pode ser extinto por meios convencionais, o cátodo então começa a se decompor, liberando oxigênio, acelerando ainda mais o processo. Quando os gases eletrolíticos inflamáveis reagem com o oxigênio na presença de calor, ocorre combustão. O risco de explosão aumenta à medida que a pressão na célula se acumula [8], [9].
Os riscos de incêndios e explosões são um problema inerente a tecnologia. Eles ocorrem com a formação de dendritos, geralmente sobre o ânodo, podendo crescer por toda a bateria. O problema depende de fatores como impurezas no eletrólito, defeitos de fabricação e da tecnologia do separador do eletrólito. O momento em que a bateria pega fogo depende da causa específica, podendo ocorrer por impacto mecânico; ao sobrecarregar a bateria além da tensão máxima descrita nas especificações do fabricante, ou ainda, devido a correntes excessivas na carga ou descarga, a exemplo de quando é feito o carregamento rápido [8].