As baterias de estado sólido totalmente sólidas oferecem uma maneira mais segura e poderosa de operar veículos elétricos, alimentar eletrônicos e armazenar energia renovável da rede. No entanto, seu ingrediente principal, o lítio, é caro e escasso, e sua mineração frequentemente causa sérios danos ambientais.
O sódio se apresenta como uma alternativa muito mais barata e abundante, e sua extração é bem menos prejudicial. No entanto, as baterias de estado sólido baseadas em sódio há muito lutam 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 tanto nas químicas de lítio quanto de 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 na ciência básica ao longo do caminho.”
Um novo estudo do grupo de Meng, publicado na Joule, dá um passo importante para resolver essa questão. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria de estado sólido baseada em sódio que opera de forma confiável desde a temperatura ambiente até abaixo de zero, estabelecendo um novo padrão para o campo.
De acordo com o autor principal Sam Oh, do Instituto de Pesquisa de Materiais e Engenharia A*STAR em Cingapura, que conduziu o trabalho enquanto visitava o Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia de Meng, os resultados aproximam muito a tecnologia do sódio da concorrência com o lítio em desempenho eletroquímico.
Essa conquista também representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.
“A grande novidade que temos é que estamos de fato estabilizando uma estrutura metastável que não havia sido reportada”, disse Oh. “Essa estrutura metastável de hidridoborato de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a reportada na literatura, e três a quatro ordens de magnitude superior ao próprio precursor.”
Técnica estabelecida, nova área
Para criar essa estrutura, os pesquisadores aqueceram uma forma metastável de hidridoborato de sódio até que começasse a cristalizar, então a resfriaram rapidamente para bloquear a estrutura no lugar. O método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas não havia sido anteriormente usado para eletrólitos sólidos, segundo Oh.
Essa familiaridade prática pode facilitar a transição da descoberta da pesquisa em laboratório para a produção industrial.
“Como essa técnica está estabelecida, estamos em melhores condições de escalá-la no futuro”, disse Oh. “Se você estiver propondo algo novo ou se houver necessidade de mudar ou estabelecer processos, a indústria será mais relutante em aceitá-lo.”
Juntando essa fase metastável com um cátodo do tipo O3 que foi revestido com um eletrólito sólido à base de cloreto, é possível criar cátodos espessos de alta carga areal que colocam esse novo design além das baterias de sódio anteriores. Ao contrário de estratégias de design com um cátodo fino, esse cátodo espesso incluirá menos materiais inativos e mais “parte do cátodo”.
“Quanto mais espesso o cátodo, melhor a densidade de energia teórica da bateria — a quantidade de energia contida 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 à frente.
“Ainda é uma longa jornada, mas o que realizamos com esta pesquisa ajudará a abrir essa oportunidade”, disse Oh.
