Tanto da nossa tecnologia cotidiana funciona com baterias, a importância das recargas de íons de lítio não pode ser exagerada. Mas eles são caros de produzir, com materiais de difícil origem.
Existe uma alternativa – as baterias de íons de sódio têm o potencial de serem mais baratas e produzidas com mais facilidade, se conseguirmos superar o problema de fazer essas baterias funcionarem, bem como a tecnologia de íons de lítio que estamos usando predominantemente. Agora, podemos ter chegado um passo enorme mais perto desse objetivo.
Até agora, os pesquisadores produziram um dos melhores conjuntos de resultados para uma bateria de íons de sódio, que retém tanta energia quanto as de íons de lítio, e apresenta o mesmo desempenho que algumas baterias comerciais de íons de lítio. É um “grande desenvolvimento” na pesquisa de baterias de íons de sódio (íons Na), diz a equipe.
Uma área em que as baterias de íon de Na podem ser particularmente úteis é o armazenamento de energia em larga escala. À medida que o mundo faz a transição para a energia renovável, esse armazenamento será cada vez mais importante – e precisaremos de tecnologia de bateria que seja barata para produzir e simples de expandir.
“O principal desafio é que a bateria tenha alta densidade de energia e uma boa vida útil”, diz o engenheiro de materiais Junhua Song, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
No momento, as baterias de íon-lítio têm vantagem sobre o íon-sódio: elas duram mais e têm mais energia. Uma das razões é que muitos materiais em potencial usados para o cátodo – a parte da bateria que recebe os elétrons em fluxo – acabam com um acúmulo prejudicial de cristais de sódio inativos, acabando com a transferência de energia.
Para contornar isso, os cientistas criaram um cátodo de óxido de metal em camadas e desenvolveram um eletrólito líquido que continha íons de sódio adicionais. Isso resultou em uma mistura mais salgada dentro da bateria, uma melhor interação com o cátodo e nenhuma coleta de cristais de sódio.
Ao longo de 1.000 ciclos, a nova bateria de Na-ion ainda retém mais de 80% de sua carga – não o suficiente para entrar no seu smartphone ainda, mas um grande avanço para a tecnologia alternativa de bateria e que promete mais avanços no futuro.
“Nossa pesquisa revelou a correlação essencial entre a evolução da estrutura do cátodo e a interação da superfície com o eletrólito”, diz o cientista de materiais Yuehe Lin, da Washington State University (WSU).
“Estes são os melhores resultados já relatados para uma bateria de íons de sódio com um cátodo em camadas, mostrando que esta é uma tecnologia viável que pode ser comparável às baterias de íons de lítio”.
Os pesquisadores também não chegaram lá: eles dizem que querem olhar mais de perto as interações entre seus eletrólitos e cátodo e melhorar a eficiência ainda mais. Eles também desejam eliminar o uso de cobalto, que é outro material raro e difícil de obter, mas é frequentemente usado em baterias comerciais de íons de lítio e baterias experimentais de íon Na.
Embora o íon de lítio domine o mercado em termos de telefones, laptops e carros elétricos no momento, ele tem suas fraquezas – não menos importante, o caro fornecimento de lítio. Se precisarmos de mais baterias, faz sentido ter uma alternativa.
Isso não quer dizer que as inovações também não possam acontecer com as baterias de íon-lítio: os cientistas estão descobrindo como fazer com que essas baterias durem mais e carreguem mais rapidamente. Quanto mais opções houver sobre a mesa, melhor, seja o íon de lítio, o íon de sódio ou qualquer outra coisa.
“Este trabalho abre caminho para baterias práticas de íons de sódio, e os insights fundamentais que obtivemos sobre a interação catodo-eletrólito lançam luz sobre como podemos desenvolver futuros materiais catódicos livres de cobalto ou com baixo teor de cobalto em baterias de íons de sódio, bem como em outros tipos de químicas de bateria”, diz Song.
“Se pudermos encontrar alternativas viáveis para o lítio e o cobalto, a bateria de íons de sódio poderá ser realmente competitiva com as baterias de íons de lítio”.
A pesquisa foi publicada na ACS Energy Letters.
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