As baterias totalmente sólidas oferecem uma forma mais segura e poderosa de alimentar veículos elétricos, eletrônicos e armazenar energia renovável da rede. No entanto, seu componente principal, o lítio, é tanto caro quanto escasso, e sua extração muitas vezes causa sérios danos ambientais.
O sódio apresenta uma alternativa muito mais barata e abundante, e sua extração é muito menos prejudicial. No entanto, as baterias sólidas à base de sódio têm enfrentado dificuldades para igualar o desempenho do lítio em temperaturas típicas.
“Não se trata de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia do amanhã, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos com base em ambas as químicas, lítio e sódio,” disse Y. Shirley Meng, Professora da Família Liew em Engenharia Molecular na UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME). “Esta nova pesquisa nos aproxima desse objetivo final enquanto avança a ciência básica ao longo do caminho.”
Um novo estudo do grupo de Meng, publicado na Joule, dá um grande passo em direção à resolução desse problema. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria sólida à base de sódio que funciona de forma confiável desde a temperatura ambiente até abaixo de zero, estabelecendo um novo marco para a área.
Segundo o autor principal Sam Oh, do A*STAR Institute of Materials Research and Engineering em Cingapura, que realizou o trabalho durante uma visita ao Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia de Meng, os resultados aproximam a tecnologia de sódio da concorrência com o lítio em termos de desempenho eletroquímico.
A realização também representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.
“A inovação que temos é que estamos realmente estabilizando uma estrutura metastável que não havia sido relatada,” disse Oh. “Essa estrutura metastável de hidrido de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a relatada na literatura, e três a quatro ordens de magnitude maior do que o precursor em si.”
Técnica estabelecida, novo campo
Para criar essa estrutura, os pesquisadores aqueceram uma forma metastável de hidrido de sódio até que começasse a cristalizar e depois a resfriaram rapidamente para manter a estrutura no lugar. O método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas não havia sido utilizado anteriormente para eletrólitos sólidos, disse Oh.
Essa familiaridade prática pode facilitar a transição da descoberta da pesquisa em laboratório para a produção industrial.
“Como essa técnica é estabelecida, estamos melhor preparados para escalar no futuro,” disse Oh. “Se você está propondo algo novo ou se há necessidade de mudar ou estabelecer processos, a indústria será mais relutante em aceitá-lo.”
Combinar essa fase metastável 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 areal que colocam esse novo design além das baterias de sódio anteriores. Ao contrário das estratégias de design com um cátodo fino, esse cátodo espesso conteria menos materiais inativos e mais “carne” do cátodo.
“Quanto mais espesso for o cátodo, maior a densidade de energia teórica da bateria – a quantidade de energia armazenada em 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 a seguir.
“Ainda é uma longa jornada, mas o que fizemos com esta pesquisa ajudará a abrir essa oportunidade,” disse Oh.
