As baterias totalmente de estado sólido oferecem uma maneira mais segura e poderosa de operar veículos elétricos, alimentar eletrônicos e armazenar energia renovável da rede. No entanto, o seu ingrediente principal, o lítio, é caro e escasso, e a sua extracção causa frequentemente graves danos ambientais.
O sódio é uma alternativa mais barata e abundante e causa muito menos danos quando extraído. No entanto, as baterias de estado sólido à base de sódio há muito lutam para alcançar o desempenho do lítio em temperaturas típicas.
“Não é uma questão de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos em futuras soluções de armazenamento de energia, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos baseados em química de lítio e sódio”, disse Y. Shirley Ming, professora da família Liu no Departamento de Engenharia Molecular da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago (UChicago PME). “Esta nova pesquisa nos aproxima de nosso objetivo final, ao mesmo tempo que continuamos a avançar na ciência básica.”
Um novo estudo do grupo de Meng é publicado em jouledando um passo importante para resolver este problema. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria de estado sólido à base de sódio que opera de forma confiável desde a temperatura ambiente até temperaturas abaixo de zero, estabelecendo uma nova referência na área.
O autor principal, Sam Oh, do Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais de Cingapura, que conduziu o trabalho enquanto visitava o Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia de Meng, disse que as descobertas aproximam a tecnologia do sódio da concorrência com o lítio em termos de desempenho eletroquímico.
Essa conquista também representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.
“O avanço que fizemos é que estamos na verdade estabilizando uma estrutura metaestável que ainda não foi relatada”, disse Oh. “Essa estrutura metaestável de hidroborato 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.”
Tecnologia madura, novos campos
Para criar a estrutura, os pesquisadores aqueceram uma forma metaestável de borohidreto de sódio até que ela começasse a cristalizar e, em seguida, resfriaram-na rapidamente para fixar a estrutura no lugar. Este método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas nunca foi usado antes para eletrólitos sólidos, disse Oh.
Essa familiaridade prática poderia facilitar a transição da descoberta da pesquisa laboratorial para a produção industrial.
“Agora que a tecnologia está estabelecida, seremos mais capazes de ampliá-la no futuro”, disse Oh. “Se você criar algo novo ou que exija mudança ou construção de processos, a indústria estará menos disposta a aceitá-lo.”
O emparelhamento da fase metaestável com um cátodo do tipo O3 revestido com um eletrólito sólido de cloreto resulta em um cátodo espesso e de alta área de carga, permitindo que este novo design supere as baterias de sódio anteriores. Ao contrário das estratégias de projeto de cátodo fino, esse cátodo espesso conterá menos material inativo e mais “carne” do cátodo.
“Quanto mais espesso o cátodo, maior será a densidade de energia teórica (a quantidade de energia armazenada em uma área específica) da bateria”, disse Oh.
A pesquisa atual estabelece o sódio como uma alternativa viável para baterias, um passo importante para lidar com a raridade do lítio e os danos ambientais. Este é um dos muitos passos à frente.
“Ainda é uma longa jornada, mas o trabalho que fazemos neste estudo ajudará a abrir essa oportunidade”, disse Oh.
