Pesquisadores na China anunciaram um design radical de bateria de sódio metálico (SMB) que pode ser totalmente carregada em apenas quatro minutos e manter sua capacidade por anos de uso.
SMB é uma forma de bateria estável e de carregamento ultrarrápido que os cientistas dizem que poderia ser uma alternativa mais barata às atuais baterias de íons de lítio (Li-ion), que dependem de metais concentrados e pegam fogo facilmente. As SMBs também diferem das baterias de íon de sódio (Na-ion) porque usam um ânodo metálico de sódio em vez de um ânodo de grafite ou carbono sólido.
No entanto, as SMBs permanecem em grande parte teóricas porque são propensas a um tipo de degeneração conhecida como formação de dendritos. É quando os íons de sódio que passam pelos eletrodos se acumulam em estruturas pontiagudas semelhantes a estalagmites no ânodo de sódio de metal puro altamente reativo. Com o tempo, isso forma uma ponte entre o cátodo e o ânodo, causando curto-circuito na bateria.
A formação de dendritos é particularmente comum em baterias de sódio porque o sódio é um metal altamente reativo. Quando a carga se move através de uma bateria de íon-lítio, íon-Na ou metal de sódio, o ânodo sempre reage com o eletrólito para formar uma camada de óxido conhecida como SEI. Tem normalmente de 10 a 50 nanômetros de espessura – aprox. Tão grande quanto um pequeno vírus – mas geralmente inofensivo. Mas com o sódio, o SEI frequentemente forma rachaduras, saliências que atraem íons de sódio, que se acumulam nos dendritos.
Agora, os pesquisadores dizem que resolveram esse problema usando um eletrólito de gel semissólido e resistente – chamado Sn-FB QSE – que fortalece a bateria contra perfurações e fornece uma estrutura interna semissólida que evita a formação de dendritos. Eles descreveram suas descobertas em um estudo publicado em 21 de maio na revista Letras nano-micro.
Para garantir a longevidade deste método, os cientistas carregaram e descarregaram a bateria durante mais de 6.000 horas sem causar curto-circuito nos dendritos. Eles também observaram que quando carregaram a bateria de zero a 100% da capacidade em apenas quatro minutos, ela reteve uma carga elétrica, medida em miliamperes-hora por grama (mAh g-1de 80,1. Isso equivale a cerca de metade do que é retido nas baterias de íon-lítio.
Quando carregada a uma taxa ligeiramente mais lenta, de zero a 100% em 20 minutos, a bateria retém 90% da capacidade de carga em 2.000 ciclos – correspondendo Limites teóricos para baterias de íon-lítioOs cientistas disseram no estudo. Essa velocidade lenta reduziu custos e melhorou a segurança.
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Isto é significativo porque os cientistas conseguiram isso na nova bateria, embora ela ainda possa ser carregada mais rapidamente do que as baterias de íon-lítio. Isto é relevante porque a velocidade de carregamento continua a ser um obstáculo para a implantação de baterias em veículos elétricos (EVs). O EV de carregamento mais rápido hoje é o BYD Denza, que A montadora chinesa disse Pode ir de 10 a 70% em apenas cinco minutos. Mas isso requer carregadores proprietários de 1 MW altamente especializados.
A maioria dos VEs carrega muito lentamente – Representantes da Tesla Seu Modelo 3 pode recarregar de 10 a 70% em cerca de 15 minutos usando o carregador flash de 250 kW da própria Tesla, mas os representantes da plataforma de roteamento EV Zapmap diz Um carregador de 50 kW para o mesmo carro levará 90 minutos para carregar até 80%.
Na verdade, a maioria das baterias utilizadas na tecnologia moderna, como smartphones e veículos elétricos, são de íons de lítio. No entanto, a produção de baterias de íon-lítio é cara porque contêm os metais difíceis de obter, lítio e cobalto, e podem pegar fogo.
Cada vez mais, os fabricantes de baterias procuram levar baterias não iônicas à escala comercial porque são mais baratas e seguras. No entanto, elas são mais pesadas e maiores que as baterias Li-on.
As pequenas e médias empresas são foco de intensa pesquisa porque, teoricamente, combinam o melhor dos dois tipos de bateria. Como as PMEs utilizam um ânodo de sódio, em vez de baterias de iões de Na que utilizam grafite ou ânodos de carbono sólido, são mais leves e mais baratas de fabricar e, portanto, comparáveis às de iões de lítio em termos de tamanho e peso. Eles são mais seguros porque funcionam com íons de sódio, que são pesados e não conseguem escapar termicamente com rapidez suficiente para romper a parede da bateria. Esta é uma reação em cadeia auto-realizável que pode causar a queima da bateria se danificada.
Se os problemas de formação e estabilidade de dendritos em baixas temperaturas puderem ser resolvidos, replicados e dimensionados, as pequenas e médias empresas poderão remodelar a economia da implantação de baterias na próxima década, disseram os cientistas.
As pequenas e médias empresas podem ser uma excelente escolha para veículos eléctricos nos transportes públicos ou em veículos suburbanos, acreditam os cientistas, porque, embora tenham autonomias mais curtas do que os carros de iões de Na e Li-ion, carregam mais rapidamente. No entanto, eles não estarão disponíveis por algum tempo, seja em pequenos dispositivos como veículos ou em eletrônicos de consumo.
Isso ocorre porque dispositivos como smartphones estão sujeitos a mudanças drásticas de temperatura que afetam a química interna das baterias que dependem de eletrólitos em gel. A pesquisa deve primeiro ser replicada antes que os fabricantes se sintam confortáveis em usar sódio metálico puro no lugar da bem conhecida configuração de grafite.
Zhang, Y., Pan, L., Leong, CW, Qi, X., Huang, X., Cai, X., Cao, M., Gao, M., Zhang, H., Sha, D., Zhou, Y., & Sun, Z. (2026). Mediadores duplos interligados permitem eletrólitos de estado quase sólido condutores de íons únicos para baterias de sódio metálico de longa duração e carregamento ultrarrápido. Letras nano-micro, 18(1).
