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Pesquisadores criam tecnologia para fabricação de bateria completa de íons de lítio usando produto derivado da madeira

02/10/2026

Pesquisa desenvolvida no Departamento de Química da UFV demonstrou, pela primeira vez, a montagem e o funcionamento de uma bateria completa de íons de lítio utilizando lignina - um subproduto da madeira - como ligante nos dois eletrodos, em meio aquoso, durante sua preparação. O resultado representa um avanço importante na busca por tecnologias de armazenamento de energia mais sustentáveis e pode ser usado, por exemplo, em celulares, tablets, computadores portáteis, veículos e bicicletas elétricas, entre outros.  

O trabalho, publicado na revista internacional Electrochimica Acta, reúne pesquisadores das universidades Federal de Viçosa, Estadual de Campinas (Unicamp) e da Shanghai University, na China. A pesquisa foi coordenada pelo professor Reinaldo Teófilo, do Laboratório de Química Aplicada do Departamento de Química da UFV.

Os experimentos foram realizados em células do tipo moeda

 

Uma cola renovável 

O pesquisador Igor Gonçalves é o primeiro autor do trabalho e foi orientado pelo professor Reinaldo Teófilo. Ele explica que, embora represente uma pequena parcela da massa de uma bateria, o ligante desempenha uma função essencial. “Ele atua como uma espécie de cola, mantendo unidas as partículas que armazenam energia e garantindo a adesão dessas partículas ao metal responsável pela condução da corrente elétrica". Atualmente, um dos ligantes mais utilizados pela indústria é o fluoreto de polivinilideno, conhecido pela sigla PVDF. Sua aplicação geralmente depende de um solvente orgânico (NMP), uma substância que exige cuidados especiais devido aos riscos ambientais e à saúde, além de aumentar a complexidade e o custo da fabricação dos eletrodos. Por isso, há uma busca por ligantes ambientalmente menos poluentes e mais sustentáveis.

A alternativa estudada pela equipe foi a lignina, um biopolímero natural, renovável e abundante. Presente na estrutura das plantas, ela é gerada em grandes quantidades como subproduto da indústria de celulose e papel. Em geral, o produto é queimado nas próprias fábricas para gerar energia, mas  tem sido bastante estudada em pesquisas que envolvem a chamada química verde. “Em vez de ser destinada principalmente à queima, a lignina pode ganhar uma aplicação de maior valor tecnológico”, afirmou o professor Reinaldo Teófilo, que ressalta ainda que, em uma parceria interdisciplinar, o material utilizado no estudo foi obtido por meio de uma parceria com o Departamento de Engenharia Florestal da UFV.

De acordo com os autores, a lignina foi dissolvida em meio aquoso e empregada como ligante tanto no ânodo de grafite quanto no cátodo de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4). Uma das amostras também passou por um tratamento hidrotérmico, realizado com água, calor e pressão, para modificar sua estrutura e melhorar sua interação com os componentes dos eletrodos.

 

Para uma bateria completa

Alguns trabalhos científicos já mostraram que a lignina pode ser usada como ligante no cátodo, mas, segundo um levantamento realizado pelos autores, este é o primeiro trabalho científico a demonstrar uma célula completa de íons de lítio com lignina atuando simultaneamente como ligante tanto no ânodo quanto no cátodo. Por isso, o grande diferencial do estudo foi avançar para além dos testes tradicionais com eletrodos separados. “Essa etapa é fundamental porque uma bateria completa (Full Cell) se aproxima mais das condições reais de funcionamento de um dispositivo”, disse Igor Gonçalves.

A equipe também utilizou uma configuração com três eletrodos, o que permitiu acompanhar separadamente o comportamento do ânodo e do cátodo durante os ciclos de carga e descarga. Os resultados mostraram que a lignina modificada apresentou desempenho comparável ou superior ao do ligante convencional. "No cátodo, a perda de capacidade após 200 ciclos foi de 18,2% com a lignina modificada, enquanto o eletrodo produzido com PVDF apresentou perda de 22,2%. No ânodo de grafite, os ligantes de lignina apresentaram capacidades praticamente iguais às do PVDF. Isso demonstrou que a substituição do material convencional não comprometeu o funcionamento eletroquímico da célula", explicou o pesquisador. 

Quando a bateria completa foi montada com lignina modificada em dois eletrodos, o sistema permaneceu estável durante 300 ciclos de carga e descarga. Com a aplicação de uma etapa de pré-litiação do ânodo, a bateria conservou aproximadamente 94,3% de sua capacidade ao final do teste.

 O pesquisador Igor Gonçalves com o professor Reinaldo Teófilo, do Departamento de Química da UFV

 

Sustentabilidade aliada ao desempenho

Para os pesquisadores, além do bom desempenho eletroquímico, a proposta apresenta vantagens ambientais e econômicas. O uso da lignina valoriza uma matéria-prima renovável e abundante, enquanto o processamento aquoso dos eletrodos permite substituir o solvente orgânico NMP. A lignina também apresenta custo potencialmente muito inferior ao do PVDF, o que poderá viabilizar processos de fabricação mais simples e acessíveis.

Os experimentos foram realizados em células do tipo moeda, amplamente utilizadas na etapa de pesquisa e desenvolvimento. De acordo com o professor Reinaldo, os resultados fornecem uma base promissora para estudos de escalonamento e para a avaliação futura da tecnologia em formatos de bateria maiores.

Para o orientador do trabalho, a publicação evidencia a capacidade da pesquisa realizada na UFV de transformar subprodutos da biomassa em materiais de alto valor agregado e de contribuir para a resolução de desafios globais relacionados à transição energética. “Ao aproximar as áreas de química, materiais, engenharia e energia, o estudo aponta um novo destino para a lignina: ajudar a produzir as baterias de uma sociedade cada vez mais eletrificada”, disse o professor.

Além de Igor Gonçalves e Reinaldo Teófilo, assinam o artigo Helder Oliveira Filho, Paulo  Ortega, Iara Demuner, Hudson  Zanin, Joaquim  Mendes e Yufeng Zhao.

A pesquisa contou com o apoio da Fapemig, da Finep e da Capes.