Uma bateria de íon de sódio amplamente utilizada desenvolvida pela fabricante chinesa Hina alcançou níveis de desempenho e qualidade de fabricação comparáveis às baterias de íon de lítio da Tesla, de acordo com um estudo publicado na revista Cell Press. Relatórios de células sobre ciências físicas.
As descobertas mostram que a tecnologia de iões de sódio pode ser uma alternativa de baixo custo para futuros veículos eléctricos e sistemas de armazenamento de energia em grande escala. No entanto, para atingir esse objetivo, a bateria precisará de mais melhorias no carregamento em baixa temperatura e na densidade de energia. Ao contrário do lítio, o sódio é abundante e facilmente disponível, o que o torna um material atraente para reduzir os custos das baterias e os problemas da cadeia de abastecimento.
“A combinação de boa uniformidade, alta potência e alto desempenho em baixas temperaturas torna essas células atraentes para armazenamento estacionário, serviços de rede e veículos comerciais de menor alcance, onde o custo potencialmente mais baixo e a disponibilidade de recursos são mais importantes do que o alcance máximo”, diz Moritz Schütte, pesquisador de baterias na Universidade RWTH Aachen, na Alemanha.
Comparação de baterias de íon de sódio com tecnologia Tesla
Para avaliar a bateria Hina, Schutte e seus colegas examinaram 120 células de íons de sódio usando espectroscopia de impedância, um método não destrutivo que mede a uniformidade da bateria.
Os pesquisadores então testaram as células em uma variedade de condições operacionais do mundo real. O desempenho foi medido em vários níveis de corrente e temperaturas de -20 °C a 45 °C. A equipe também usou raios X para examinar o interior das baterias antes de desmontá-las para analisar o tamanho dos eletrodos, a composição do material e as características estruturais microscópicas.
Uma das descobertas notáveis foi o desenho da bateria com coletor duplo de corrente de alumínio sem mesa. Essa configuração ajuda a reduzir a resistência elétrica e promove uma distribuição mais uniforme da temperatura em toda a célula. Os pesquisadores notaram que este design se assemelha muito à arquitetura usada atualmente nas baterias Tesla.
“Ficamos agradavelmente surpresos com a uniformidade das células”, diz Schütte.
Restantes pontos fortes e desafios
Apesar dos resultados encorajadores, os investigadores identificaram várias áreas onde a bateria de iões de sódio ainda está atrás das principais tecnologias de iões de lítio.
“O desempenho de alta potência foi melhor do que o esperado de um dos primeiros produtos comerciais de íon de sódio”, diz Schutte. “No entanto, para aplicações que exigem carregamento frequente em baixas temperaturas ambientes, o gerenciamento térmico ou estratégias operacionais adequadas são essenciais porque o carregamento em baixa temperatura continua sendo um ponto fraco claro.”
A equipe também encontrou uma concentração inesperadamente alta de cobre em algumas áreas do cátodo da bateria. Além disso, o cobre estava distribuído de forma desigual nesses territórios.
Segundo Schütte, esta descoberta “levanta questões interessantes sobre o seu papel no desempenho e no envelhecimento”.
“Será interessante ver futuras tecnologias de íons de sódio isentas de níquel e cobre e que forneçam densidade de energia competitiva”, disse ele.
Por que o sódio pode ser importante para futuras baterias
Como o sódio é muito mais abundante e amplamente disponível do que o lítio, os fabricantes podem reduzir potencialmente os custos das matérias-primas, ao mesmo tempo que reduzem os riscos da cadeia de abastecimento a longo prazo.
As baterias de íon de sódio também mantêm alto desempenho sob carga em ambientes frios, tornando-as atraentes para sistemas estacionários de armazenamento de energia e aplicações móveis que operam em climas frios.
“No entanto, as células comerciais de íons de sódio atuais normalmente têm uma densidade de energia mais baixa do que as melhores células de íons de lítio, e a tecnologia é geralmente menos avançada”, disse Schütte.
Próximas etapas para estudos de íons sódio
Os investigadores planeiam concentrar-se na melhoria do desempenho do carregamento a baixas temperaturas, com o objetivo de proporcionar um carregamento mais seguro e eficiente a temperaturas inferiores a 0°C.
Trabalhos adicionais também explorarão formas de otimizar os materiais usados em baterias de íon de sódio.
“O progresso em ânodos de carbono sólido e composições eletrolíticas pode ser particularmente promissor”, disse ele.
A pesquisa foi apoiada pelo Ministério Federal de Pesquisa, Tecnologia e Espaço e pelo Ministério Federal de Assuntos Econômicos e Energia.
