As baterias totalmente de estado sólido oferecem uma maneira mais segura e poderosa de alimentar veículos elétricos fora da rede, eletrônicos de potência e energia renovável. No entanto, o seu ingrediente principal, o lítio, é caro e escasso, e a sua extracção causa frequentemente graves danos ambientais.
O sódio apresenta uma alternativa muito mais barata e abundante e é muito menos prejudicial para extrair. Ainda assim, as baterias de estado sólido à base de sódio há muito lutam para igualar o desempenho do lítio em temperaturas normais.
“Não é uma questão de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia de amanhã, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos baseados em produtos químicos de lítio e sódio”, disse Y. Shirley Meng, família Liew da Escola de Engenharia Molecular UChicago MoChelego Pritzer. Professor (PChicago Pritzering School). “Esta nova pesquisa nos aproxima desse objetivo final, ao mesmo tempo que avança a ciência básica ao longo do caminho.”
Um novo estudo, do grupo de Meng, foi publicado ZoológicoIsso dá um grande passo para resolver o problema. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria de estado sólido à base de sódio que funciona de maneira confiável desde a temperatura ambiente até abaixo de zero, estabelecendo uma nova referência para a área.
De acordo com o primeiro autor 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, os resultados aproximam a tecnologia do sódio de competir com o lítio no desempenho eletroquímico.
A conquista representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.
“O avanço que fizemos é que estamos na verdade estabilizando uma estrutura metaestável que não foi relatada”, disse Oh. “Esta estrutura metaestável de hidridoborato de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de grandeza superior à relatada na literatura e três a quatro ordens de grandeza superior à anterior.”
Técnicas estabelecidas, novos campos
Para criar esta estrutura, os investigadores aqueceram uma forma metaestável de hidridoborato de sódio até começar a cristalizar e depois arrefeceram-na rapidamente para fixar a estrutura no lugar. O método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas nunca foi usado para eletrólitos sólidos antes, disse Oh.
Essa familiaridade prática pode facilitar a transição das descobertas da pesquisa laboratorial para a produção industrial.
“À medida que esta estratégia for estabelecida, seremos capazes de escalar melhor no futuro”, disse Oh. “Se você propor algo novo ou se os processos precisarem ser alterados ou estabelecidos, a indústria ficará mais relutante em aceitá-lo”.
A combinação dessa fase metaestável com um cátodo do tipo O3 revestido com um eletrólito sólido à base de cloreto pode produzir o cátodo espesso e de alta carga de área que diferencia este novo design das baterias de sódio anteriores. Ao contrário das técnicas de design com um cátodo fino, este cátodo grosso embalará menos material inerte e mais “carne” do cátodo.
“À medida que o cátodo fica mais espesso, a densidade teórica de energia da bateria – a quantidade de energia dentro de uma determinada área – melhora”, disse Oh.
A pesquisa atual apresentou o sódio como uma alternativa viável para baterias, um passo importante no combate à escassez de lítio e aos danos ambientais. É um dos muitos passos em frente.
“Ainda é uma longa jornada, mas o que fizemos com esta pesquisa ajudará a abrir essa oportunidade”, disse Oh.
