As baterias de íon-lítio estão longe de ter seu domínio no mercado de baterias recarregáveis. No entanto, o desenvolvimento está se acelerando em uma química concorrente para aplicações em larga escala – ou seja, a bateria de íon de sódio.
Há anos que os pesquisadores prometem tornar as baterias de sódio viáveis. A tecnologia pode finalmente estar alcançando sua promessa, com algumas empresas agora iniciando as entregas comerciais.
Em setembro de 2020, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Energia concedeu à Natron Energy, sediada em Santa Clara, Califórnia, US$ 19,9 milhões como parte de um novo programa para acelerar as tecnologias, com o objetivo de fazer avançar seus esforços de comercialização. As baterias estão agora em produção comercial, diz o vice-presidente de vendas Jack Pouchet. Os primeiros clientes da Natron são centros de dados e empresas de telecomunicações.
“De um ponto de vista de desempenho puro, as baterias de íon de sódio não são atraentes para eletrônicos portáteis ou veículos elétricos”, diz K. M. Abraham, professor pesquisador da Northeastern University e CTO da empresa de consultoria de baterias de lítio E-KEM Sciences. As baterias de íon-lítio possuem uma densidade de energia mais alta do que as de íons de sódio, o que significa que um íon-lítio compacto terá um tempo de execução mais longo entre as cargas. Até agora, os íons de sódio demonstraram cerca de metade da densidade de energia do lítio, que pode chegar a 285 Wh/kg, diz ele.
Mas as baterias de íon de sódio podem dar às íon-lítio uma corrida pelo seu dinheiro em aplicações estacionárias, como armazenamento de energia renovável para residências ou energia de backup para data centers, onde o custo é mais importante do que o tamanho e a densidade da energia. Com base nas informações disponíveis atualmente, Abraham projeta que o custo das baterias de íon de sódio seja cerca de 10 a 20% por cento menor do que o de íon-lítio.
A principal vantagem das baterias de sódio é o uso de materiais abundantes, baratos e benignos. Existe mil vezes mais sódio do que lítio na crosta terrestre. Também custa menos para extrair e purificar. Além disso, os cátodos de óxido metálico de sódio normalmente usados em baterias – os ânodos são de carbono, assim como as baterias de íon-lítio – podem ser feitos de metais abundantes, como ferro e manganês. Os cátodos de íon-lítio, por outro lado, usam cobalto, um metal com reservas geológicas limitadas e uma cadeia de suprimentos duvidosa centrada em um punhado de países. E outras baterias, como chumbo-ácido e níquel-cádmio, contêm metais tóxicos. “O principal atrativo do sódio é a sustentabilidade”, diz Abraham.
As baterias de sódio também são mais estáveis e seguras do que as de íon-lítio. Eles têm uma faixa de temperatura mais ampla, não são inflamáveis e não há fuga térmica – o que pode fazer com que as baterias de íon-lítio peguem fogo – em qualquer condição.
Natron é uma das poucas empresa que desenvolvem e comercializam baterias de íons de sódio. A empresa está adotando uma abordagem única, fabricando tanto o cátodo quanto o ânodo Prussian Blue, o pigmento usado em tintas e corantes. A estrutura química do material de baixo custo é muito boa para absorver e liberar íons de sódio, fornecendo uma bateria que pode ser carregada e descarregada em minutos e pode fornecer explosões rápidas de energia. Os eletrodos Prussian Blue também podem durar mais do que os eletrodos à base de carbono e metal, com mais de 50.000 ciclos de carga possíveis.
A outra empresa líder de baterias de íon de sódio, a Faradion, com sede no Reino Unido, encontrou mercados na Austrália e na Índia. No ano passado, a empresa anunciou que havia recebido seu primeiro pedido do grupo de investimentos ICM Australia para uso no mercado australiano, onde a demanda por armazenamento de bateria tem aumentado para aplicações residenciais, comerciais e em escala de rede. Eles também estão desenvolvendo suas baterias para veículos comerciais na Índia.
Faradion diz que seu protótipo de células pode fornecer densidade de energia acima de 140 Wh/kg.
E a empresa anunciou no final de fevereiro que está trabalhando com a empresa de energia Phillips 66 de Houston, Texas, para desenvolver materiais de ânodo de baixo custo e alto desempenho para baterias.
Essa pesquisa focada é exatamente o que a tecnologia precisa, diz Abraham. Em um artigo recente que escreveu na ACS Energy Letters, ele expõe a necessidade de mais pesquisas sobre melhores materiais de ânodo e cátodo que poderiam produzir baterias práticas de íon de sódio com densidades de energia próximas de 200 Wh/kg. Ele aponta para pesquisas promissoras em andamento no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, no Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) e na rede de pesquisa francesa em armazenamento de energia eletroquímica, entre outros. “Certamente há muito dinheiro investido em baterias de íon de sódio”, diz ele.
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