Mais baratas que o lítio, igualmente poderosas – as baterias de sódio estão finalmente se recuperando

O sódio apresenta uma alternativa muito mais barata e abundante, e é muito menos prejudicial de extrair. No entanto, as baterias de estado sólido à base de sódio há muito lutam para igualar o desempenho do lítio em temperaturas típicas.

“Não é uma questão de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia de amanhã, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos baseados em química de lítio e sódio”, disse Y. Shirley Meng, professora da família Liew em Engenharia Molecular na Escola de Engenharia Molecular UChicago Pritzker (UChicago PME). “Esta nova pesquisa nos aproxima desse objetivo final, ao mesmo tempo que avança a ciência básica ao longo do caminho.”

Um novo estudo do grupo de Meng, publicado em Jouledá um passo importante para resolver esse problema. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria de estado sólido à base de sódio que funciona de maneira confiável desde a temperatura ambiente até abaixo de zero, estabelecendo uma nova referência para a área.

De acordo com o primeiro autor Sam Oh, do Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura, que conduziu o trabalho enquanto visitava o Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia de Meng, os resultados aproximam a tecnologia do sódio de competir com o lítio no desempenho eletroquímico.

A conquista também representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.

“O avanço que temos é que estamos na verdade estabilizando uma estrutura metaestável que não foi relatada”, disse Oh. “Essa estrutura metaestável de hidridoborato de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de grandeza maior que a relatada na literatura, e três a quatro ordens de grandeza maior que o próprio precursor.”

Técnica estabelecida, novo campo

Para criar esta estrutura, os investigadores aqueceram uma forma metaestável de hidridoborato de sódio até começar a cristalizar e depois arrefeceram-na rapidamente para fixar a estrutura no lugar. O método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas não havia sido usado anteriormente para eletrólitos sólidos, disse Oh.

Essa familiaridade prática poderia facilitar a transição da descoberta da investigação laboratorial para a produção industrial.

“Desde que esta técnica seja estabelecida, seremos mais capazes de aumentá-la no futuro”, disse Oh. “Se você estiver propondo algo novo ou se houver necessidade de mudar ou estabelecer processos, a indústria ficará mais relutante em aceitá-lo”.

O emparelhamento dessa fase metaestável com um cátodo do tipo O3 que foi revestido com um eletrólito sólido à base de cloreto pode criar cátodos espessos e de alta carga de área que colocam este novo design além das baterias de sódio anteriores. Ao contrário das estratégias de projeto com um cátodo fino, esse cátodo grosso embalaria menos materiais inativos e mais “carne” do cátodo.

“Quanto mais espesso for o cátodo, a densidade teórica de energia da bateria – a quantidade de energia mantida dentro de uma área específica – melhora”, disse Oh.

A pesquisa atual avança o sódio como uma alternativa viável para baterias, um passo vital para combater a raridade e os danos ambientais do lítio. É um dos muitos passos à frente.

“Ainda é uma longa jornada, mas o que fizemos com esta pesquisa ajudará a abrir esta oportunidade”, disse Oh.