CATL pesquisa baterias de lítio-ar enquanto autonomia de 2.000 km segue como meta de pesquisa

Uma autonomia maior começa com um desafio químico complexo

A CATL está pesquisando baterias de lítio-ar com energia específica teórica de cerca de 3.505 watts-hora por quilograma, valor que embasa projeções de carros elétricos capazes de rodar 2.000 quilômetros com uma única carga. O cientista-chefe Wu Kai apontou a tecnologia como uma futura linha de pesquisa no Fórum de Potência Industrial de 2026, em Pequim. O desafio imediato é tornar a química recarregável, durável e prática o suficiente para um veículo.

A Contemporary Amperex Technology Co. Limited, fabricante chinesa de baterias conhecida como CATL, não anunciou um veículo de produção capaz de alcançar essa autonomia nem uma data de lançamento comercial para baterias de lítio-ar. O número de 2.000 km é uma projeção baseada no potencial dessa química para armazenar grandes quantidades de energia em relação ao seu peso.

O roteiro de pesquisa de Wu situa a tecnologia a mais de uma década no futuro dos planos de longo prazo da empresa. Relatos de suas declarações também atribuem ao programa de laboratório da CATL uma energia específica superior a 1.000 Wh/kg e vida útil de 500 ciclos de carga e descarga. Transformar esses avanços de laboratório em uma bateria completa exige equipamentos para controlar a entrada de ar, proteger materiais reativos e manter o desempenho estável ao longo de usos repetidos.

Pesquisas na China e nos Estados Unidos ajudam a explicar tanto o potencial quanto a dificuldade. Cientistas demonstraram centenas de ciclos em alguns projetos e pelo menos 1.000 em outro. Também investigam por que produtos sólidos da reação obstruem os eletrodos e por que o oxigênio tem dificuldade para chegar aos locais onde a eletricidade é gerada.

Como uma bateria usa o oxigênio do ar

Uma bateria convencional de íons de lítio movimenta íons de lítio entre dois eletrodos com materiais capazes de armazená-los. Já uma bateria de lítio-ar usa lítio metálico no eletrodo negativo e oxigênio como reagente no eletrodo positivo. Eletrodo é a parte da bateria onde ocorre uma reação que produz ou armazena eletricidade.

Em um projeto comum de lítio-ar, o lítio e o oxigênio reagem durante a descarga e formam peróxido de lítio dentro de um eletrodo positivo poroso. Os elétrons percorrem o circuito externo e fornecem eletricidade. A recarga deve reverter esse processo, decompondo o peróxido de lítio, liberando oxigênio e restabelecendo o lítio metálico.

O oxigênio que vem de fora da célula reduz a necessidade de carregar, desde o início, um material convencional para o eletrodo positivo que contenha todos os reagentes. Isso confere à química de lítio-ar sua energia específica teórica excepcionalmente alta. Em contrapartida, uma bateria que capta ar também precisa lidar com gases e umidade que uma célula convencional selada mantém do lado de fora.

Pesquisadores investigam diversas versões dessa química. Algumas usam eletrólitos líquidos, materiais que transportam íons entre os eletrodos. Outras usam géis ou sólidos. Os produtos das reações e as condições de operação podem variar, o que é importante na comparação de desempenho.

Por que aparecem os valores de 3.505 e 12.000 Wh/kg

O valor de 3.505 Wh/kg, frequentemente citado, vem da reação teórica de formação de peróxido de lítio e inclui a massa do oxigênio reagente. Valores próximos de 12.000 Wh/kg excluem o oxigênio do cálculo da massa. Portanto, o número maior usa um critério de contabilização diferente.

Uma bateria completa acrescenta eletrólito, estruturas de eletrodos, separadores, peças de proteção e equipamentos para controlar o ar. A bateria de um veículo também precisa de conexões, carcaça e controle de temperatura. Cada componente acrescenta peso ou ocupa espaço, reduzindo a energia armazenada por quilograma do sistema final.

Para fins de comparação, estudos costumam descrever células convencionais de íons de lítio como tendo cerca de 200 a 300 Wh/kg, com alguns projetos avançados chegando a aproximadamente 350 Wh/kg. Dividir 3.505 por 350 resulta em cerca de dez. O desafio prático é preservar uma parcela suficiente da vantagem química depois de incorporar todo o hardware necessário.

A afirmação de que o lítio-ar oferece energia específica cinco vezes maior que a das baterias de estado sólido resulta da comparação entre cerca de 3.500 Wh/kg e um valor teórico de 700 Wh/kg para baterias de estado sólido. Uma comparação útil para os motoristas exigiria baterias completas avaliadas em condições comparáveis, incluindo capacidade utilizável, potência e durabilidade.

O que os resultados de laboratório realmente medem

Pesquisadores ligados à Universidade de Jilin e à Academia Chinesa de Ciências relataram, em um estudo de 2024 publicado na Advanced Energy Materials, uma célula de lítio-ar tipo bolsa que atingiu 757,5 Wh/kg. O projeto usou um eletrólito polimérico transformado em gel dentro da célula. Os pesquisadores também demonstraram 241 ciclos em laboratório, sob condições especificadas de 500 miliamperes por grama e limite de capacidade de 1.000 miliampere-horas por grama.

Essas condições de operação são importantes porque um ciclo pode usar apenas parte da capacidade potencial de uma célula. A contagem de ciclos é mais útil quando também se sabe até que ponto a célula foi descarregada, em que velocidade operou e quanta capacidade reteve.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Illinois e do Laboratório Nacional de Argonne descreveram outra abordagem na revista Science, em 2023. O projeto de lítio-ar em estado sólido completou pelo menos 1.000 ciclos à temperatura ambiente. Ele usou uma reação que forma óxido de lítio, em vez do peróxido de lítio presente no projeto mais conhecido.

Alguns relatos situam um resultado de Argonne e do Instituto de Tecnologia de Illinois em 2025 e apresentam 1.200 Wh/kg como desempenho alcançado por um protótipo. O estudo publicado na Science em 2023 descreveu esse valor como potencial teórico. O resultado demonstrado foi o desempenho em ciclos da arquitetura experimental.

Assim, os números de laboratório atribuídos à CATL, o resultado da célula tipo bolsa e o experimento americano de estado sólido respondem a perguntas diferentes. Em conjunto, mostram pesquisadores em busca de armazenamento mais leve e, ao mesmo tempo, trabalhando no desafio de manter uma bateria funcionando após recargas repetidas.

Uma linha de pesquisa que remonta a 2009

O interesse da indústria automotiva por baterias de lítio-ar antecede em muito as declarações mais recentes da CATL. O histórico de pesquisas inclui metas ambiciosas para veículos, experimentos com eletrólitos sólidos e investigações detalhadas das reações dentro dos eletrodos.

• 2009: a IBM lançou o projeto Battery 500, com a meta de desenvolver uma bateria para veículos elétricos capaz de rodar 500 milhas, cerca de 805 km, por carga.
• 2023: pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Illinois e de Argonne publicaram na Science o estudo sobre lítio-ar em estado sólido, relatando pelo menos 1.000 ciclos à temperatura ambiente.
• 2024: um estudo publicado na Advanced Energy Materials relatou uma célula de lítio-ar tipo bolsa com 757,5 Wh/kg e 241 ciclos sob condições laboratoriais especificadas.
• 2025: pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China examinaram o transporte de oxigênio e as vias de reação em eletrodos espessos.
• 2026: Wu apontou as baterias de lítio-ar como uma linha de pesquisa de longo prazo para a CATL no Fórum de Potência Industrial.

O programa da IBM não resultou em uma bateria automotiva disponível comercialmente. Os estudos posteriores se concentraram em obstáculos específicos dessa química, entre eles a estabilidade do eletrólito, o fornecimento de oxigênio e a formação de produtos sólidos das reações.

O fornecimento de ar passa a fazer parte da bateria

O ar externo contém vapor d'água e dióxido de carbono, além de oxigênio. A umidade pode reagir com o lítio metálico, enquanto o dióxido de carbono pode formar carbonato de lítio. Reações indesejadas consomem materiais úteis e deixam depósitos que reduzem o desempenho.

Por isso, um sistema de lítio-ar prático precisaria de entrada de ar controlada, filtragem e gestão da umidade. Dependendo do projeto, também poderia exigir bombas, ventiladores ou outros equipamentos para movimentar gases pela bateria. Esses componentes ocupam espaço e consomem parte da eletricidade produzida pela bateria.

Um estudo de 2023 publicado no Journal of Energy Storage estimou que os equipamentos auxiliares consumiriam 5,4% da potência da bateria na configuração veicular proposta. Com uma saída de 100 unidades de potência, isso significaria destinar 5,4 unidades ao sistema auxiliar. A estimativa se aplica ao projeto proposto; outras configurações teriam necessidades diferentes.

Dentro do eletrodo positivo, o peróxido de lítio pode preencher gradualmente os poros necessários à passagem do oxigênio. O processo se assemelha ao preenchimento de uma esponja porosa com material sólido: menos espaço aberto significa menos caminhos para o oxigênio e menos espaço para novos produtos da reação.

O professor Peng Tan e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China estudaram como o transporte de oxigênio afeta as reações em eletrodos espessos. O trabalho de 2025 analisou como a resistência ao movimento dos materiais altera as vias de reação em diferentes pontos. Trabalhos relacionados, mencionados na cobertura da pesquisa, investigaram como ajustar a concentração de íons de lítio pode aumentar a capacidade de descarga ao modificar os locais onde o peróxido de lítio se forma.

A recarga precisa restaurar a química repetidas vezes

A recarga exige que a bateria remova os produtos da descarga do eletrodo positivo e reconstrua o eletrodo negativo de lítio. Reações secundárias podem danificar o eletrólito e outros componentes, reduzindo gradualmente a quantidade de energia que a célula consegue armazenar.

O lítio metálico traz outra dificuldade. Depósitos repetidos durante a recarga podem formar estruturas irregulares, incluindo crescimentos em forma de agulha chamados dendritos. Se atravessarem o separador entre os eletrodos, podem provocar um curto-circuito. Os pesquisadores precisam controlar esse processo sem abrir mão de velocidades de recarga e capacidades úteis.

A eficiência energética também afeta o uso cotidiano. Eficiência de ciclo completo é a parcela da eletricidade fornecida a uma bateria que pode ser recuperada depois. Há projetos de lítio-ar descritos como operando abaixo de 70% de eficiência, em comparação com mais de 95% para baterias de íons de lítio. Esses valores variam conforme o projeto e as condições, mas ajudam a explicar por que armazenar mais energia por quilograma é apenas parte do desafio de engenharia.

Com eficiência de 70%, é preciso fornecer 100 unidades de energia elétrica para recuperar 70 unidades. A energia perdida durante a recarga e a descarga pode se transformar em calor, aumentando as necessidades de resfriamento e o consumo de eletricidade. Melhorar a reversibilidade ajudaria, portanto, a durabilidade, os custos de recarga e o controle de temperatura ao mesmo tempo.

O que seria necessário para um carro rodar 2.000 km

A autonomia de um veículo depende da energia utilizável da bateria e da eletricidade consumida por quilômetro. O peso da bateria importa, mas também importam o tamanho do veículo, a velocidade, a aerodinâmica, a temperatura e a energia usada para resfriamento, aquecimento e gestão do ar.

Energia específica é a quantidade de energia armazenada por quilograma. Densidade de energia volumétrica é a quantidade armazenada em determinado espaço. Potência indica a rapidez com que a bateria consegue fornecer eletricidade. Um carro de passeio precisa de níveis suficientes das três para acomodar a bateria, percorrer uma distância útil e oferecer aceleração ou potência para uma condução contínua.

Uma célula de lítio-ar poderia reduzir o peso, mas exigir espaço adicional para canais de gás e equipamentos de tratamento. Os engenheiros também precisam manter o fluxo de oxigênio quando a demanda por eletricidade aumenta. Por isso, uma projeção de autonomia exige um veículo definido, um projeto completo de bateria e um teste de condução antes que os consumidores possam compará-la com a de carros existentes.

A troca de baterias mudaria a forma de recarregar, fazer manutenção e transferir os conjuntos entre veículos. Ainda seria necessário resolver os problemas da química para recuperar a capacidade perdida por degradação do eletrólito ou depósitos irreversíveis. Uma frota de baterias intercambiáveis teria os mesmos custos relacionados à durabilidade.

Onde a CATL posiciona a tecnologia

As prioridades mais imediatas da CATL são baterias de íons de sódio e baterias de estado sólido. Relatos das declarações de Wu em 2026 apontam para uma produção de íons de sódio em larga escala durante o ano e possíveis lotes pequenos de baterias de estado sólido em 2027, enquanto situam a pesquisa de lítio-ar em um horizonte de mais de dez anos.

Estado sólido e lítio-ar descrevem aspectos diferentes de uma bateria. Estado sólido se refere ao eletrólito. Lítio-ar se refere à reação que envolve lítio e oxigênio. Os pesquisadores podem combinar as duas características, como fizeram no experimento de Argonne e do Instituto de Tecnologia de Illinois, com um eletrólito sólido composto que contém nanopartículas à base de lítio em um polímero.

Veículos pesados e sistemas de armazenamento de eletricidade solar e eólica também foram apontados como aplicações possíveis. Cada uma exigiria um equilíbrio diferente entre peso, espaço, eficiência, custo e vida útil. Aplicações pequenas em contextos especializados poderiam chegar antes da adoção em massa nos carros de passeio, embora as estimativas de cinco a dez anos continuem sendo previsões.

Para os motoristas, o avanço concreto é que um grande fabricante de baterias direciona sua pesquisa de longo prazo a uma química com potencial significativo para reduzir o peso do armazenamento de energia. O trabalho se concentra agora em fazer com que o fornecimento de oxigênio, a eficiência da recarga e a estabilidade dos materiais funcionem em conjunto em um sistema completo.

Principais pontos

• O cientista-chefe da CATL, Wu Kai, apontou as baterias de lítio-ar como uma linha de pesquisa de longo prazo em um fórum realizado em Pequim em 2026.
• A autonomia projetada de 2.000 km decorre do potencial de armazenamento de energia, não de um teste com um veículo de produção.
• Os valores teóricos de 3.505 e quase 12.000 Wh/kg usam premissas diferentes quanto à inclusão da massa do oxigênio.
• Estudos de laboratório demonstraram avanços em energia específica e número de ciclos, com diferentes projetos e condições de teste.
• Filtragem do ar, depósitos nos eletrodos, estabilidade do lítio e perdas de energia continuam sendo grandes desafios de engenharia.
• A CATL não anunciou uma data de lançamento comercial para uma bateria de lítio-ar para veículos.