A PROMISSORA BATERIA DE ÍONS DE SÓDIO (NA-ÍON)
As baterias são fundamentais para alimentar uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos, desde telefones celulares e laptops até carros elétricos e dispositivos médicos, tornando o desenvolvimento de baterias aprimoradas de grande importância para diversas indústrias. A busca pela “bateria perfeita” é um esforço contínuo para avançar na tecnologia das baterias, a fim de alcançar uma fonte de energia mais eficiente, segura e sustentável.
As baterias de íons de sódio têm sido cada vez mais consideradas como uma alternativa viável às baterias de lítio-íon, devido a vários fatores, incluindo sua segurança, custo e sustentabilidade. Embora ainda não sejam tão comuns quanto as baterias de lítio-íon, elas têm o potencial de se tornar uma opção popular para uma ampla gama de aplicações, incluindo dispositivos eletrônicos portáteis e veículos elétricos.
As baterias de íons de sódio funcionam de maneira semelhante às baterias de lítio-íon, usando íons carregados para armazenar e liberar energia. No entanto, em vez de usar lítio como o íon carregado, as baterias de íons de sódio usam o elemento sódio.
Assim como toda e qualquer bateria, as baterias de íons de sódio apresentam algumas limitações, por este motivo grandes fabricantes e cientistas estão trabalhando constantemente para melhorar a tecnologia das baterias de íons de sódio, o objetivo é quem sabe alcançar a mesma densidade de energia das baterias de lítio-íon e melhorar sua vida útil e desempenho em condições extremas.
Neste artigo apresentaremos as características das baterias de íons de sódio, demonstrando os motivos que as tornam potenciais candidatas para suprir as limitações das baterias de lítio-íon. Ao término deste artigo você compreenderá as principais diferenças entre as baterias de íons de sódio x lítio-íon e expandirá seus conhecimentos dos principais estudos em busca da “bateria perfeita”.
Como surgiram as baterias de íons de sódio
As baterias de íons de sódio, também conhecidas como baterias de sódio, foram inicialmente desenvolvidas no final da década de 1980 por pesquisadores da Universidade do Texas em Austin. Na época, os cientistas estavam explorando diferentes materiais para criar baterias recarregáveis, e o sódio foi identificado como uma alternativa potencial ao lítio, que era o material mais comum utilizado nas baterias de íons na época.
Os primeiros protótipos de baterias de íons de sódio foram criados usando eletrodos de sódio e sulfeto de ferro como material catódico. Embora essas baterias fossem menos eficientes do que as baterias de lítio-íon, os cientistas reconheceram o potencial do sódio como um material mais abundante e mais barato do que o lítio.
No entanto, na época, o desenvolvimento de baterias de lítio-íon estava progredindo mais rapidamente, e as baterias de íons de sódio não foram amplamente exploradas. Somente no início dos anos 2000, com a crescente preocupação com a disponibilidade e o custo do lítio, as baterias de íons de sódio receberam um novo impulso de interesse.
Desde então, houve um renovado interesse pelas baterias de íons de sódio como uma alternativa potencialmente mais barata e sustentável às baterias de lítio íon. Muitos avanços significativos foram feitos desde então, incluindo a descoberta de novos materiais catódicos que melhoraram a densidade de energia e a vida útil das baterias de íons de sódio.
Características principais das baterias de íons de sódio
Embora as baterias de lítio-íon sejam amplamente utilizadas em dispositivos eletrônicos, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia em larga escala, a crescente demanda por soluções de energia renovável e limpa está impulsionando a busca por baterias de melhor desempenho e mais sustentáveis.
As baterias de íons de sódio são uma alternativa promissora às baterias de lítio-íon, pois o sódio é um elemento abundante na Terra e, portanto, potencialmente mais acessível e barato do que o lítio.
Uma das principais vantagens das baterias de íons de sódio é a sua maior segurança em comparação com as baterias de lítio-íon. As baterias de lítio íon têm sido associadas a alguns incidentes de incêndios, especialmente em dispositivos eletrônicos, devido a problemas de superaquecimento e explosão. Por outro lado, as baterias de íons de sódio não são tão propensas a superaquecimento ou explosão, tornando-as uma opção mais segura.
No entanto, existem desafios que precisam ser superados para tornar as baterias de íons de sódio uma opção viável em larga escala. Uma das principais limitações das baterias de íons de sódio é a densidade de energia relativamente baixa em comparação com as baterias de lítio-íon. Isso significa que, para fornecer a mesma quantidade de energia, as baterias de íons de sódio precisam ser maiores e mais pesadas do que as baterias de lítio-íon.
Sódio x Lítio – Quantidade na natureza
O sódio e o lítio são elementos químicos que podem ser encontrados naturalmente na crosta terrestre. No entanto, a disponibilidade e a distribuição desses elementos no ambiente são diferentes.
O sódio é um dos elementos mais abundantes na Terra e é encontrado em grandes quantidades em rochas, solos, oceanos e lagos. Estima-se que a crosta terrestre contenha cerca de 2,8% de sódio, tornando-o o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre.
O lítio, por outro lado, é um elemento relativamente raro e é encontrado em quantidades muito menores na crosta terrestre. Estima-se que a crosta terrestre contenha cerca de 0,006% de lítio, o que o torna um elemento cerca de 500 vezes menos abundante do que o sódio.
Porcentagem dos materiais na crosta terrestre (Sódio x Lítio)
Embora o sódio seja muito mais abundante do que o lítio na crosta terrestre, a produção de baterias de íons de sódio ainda pode ter impactos significativos no meio ambiente, especialmente se a mineração for realizada de forma insustentável. Por outro lado, a mineração de lítio para baterias de lítio-íon pode ser mais intensiva e concentrada em áreas específicas, o que pode ter impactos negativos significativos nas comunidades locais e no meio ambiente. Portanto, é importante avaliar cuidadosamente os impactos ambientais e sociais da produção de baterias, independentemente do tipo de bateria.
Funcionamento das baterias de íons de sódio versus íons de lítio
Tanto as baterias de íons de sódio quanto as de lítio-íon funcionam de maneira similar em termos de armazenamento e liberação de energia, porém há algumas diferenças no princípio de funcionamento entre esses dois tipos de baterias.
As baterias de lítio-íon usam um cátodo de lítio (geralmente óxido de cobalto ou óxido de lítio e ferro) e um ânodo de grafite, separados por um eletrólito líquido ou sólido. Durante o processo de carga, os íons de lítio se movem do cátodo para o ânodo, onde são armazenados em forma de lítio metálico. Quando a bateria é descarregada, os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo, liberando energia elétrica no processo.
Já nas baterias de íons de sódio, o cátodo é geralmente composto por um material de fosfato de ferro e o ânodo é feito de carbono. Assim como nas baterias de lítio-íon, um eletrólito líquido ou sólido é usado para separar os eletrodos. Durante o processo de carga, os íons de sódio se movem do eletrólito para o cátodo, onde são armazenados. Quando a bateria é descarregada, os íons de sódio se movem do cátodo para o ânodo, liberando energia elétrica.
Funcionamento das baterias de íons de sódio
A principal diferença entre essas duas tecnologias é que as baterias de íons de sódio usam íons de sódio em vez de íons de lítio para armazenar e liberar energia.
Vantagens X desvantagens das baterias de sódio
Por que as baterias de sódio ainda não são amplamente utilizadas?
As baterias de sódio são uma alternativa promissora às baterias de íon-lítio, mas ainda não são amplamente utilizadas por algumas razões. Algumas dessas razões incluem:
Desafios tecnológicos: As baterias de sódio ainda estão em estágios de desenvolvimento e melhorias e enfrentam desafios tecnológicos, como a necessidade de encontrar materiais que possam lidar com a alta reatividade química do sódio e a baixa condutividade elétrica.
Baixa densidade de energia: As baterias de sódio atualmente têm uma densidade de energia mais baixa em comparação com as baterias de lítio-íon. Isso significa que elas têm uma capacidade de armazenamento de energia menor e são menos eficientes em termos de espaço e peso.
Infraestrutura limitada: A indústria de baterias de lítio-íon já possui uma infraestrutura estabelecida para fabricação e reciclagem, tornando mais fácil a adoção dessas baterias. As baterias de sódio ainda precisam de uma infraestrutura semelhante para serem amplamente adotadas.
Pesquisas e desenvolvimentos recentes
Os fabricantes de baterias estão constantemente procurando maneiras de reduzir o tamanho e o peso das baterias de sódio. Existem muitos estudos e pesquisas em andamento sobre as baterias de íons de sódio em todo o mundo.
Muitos pesquisadores estão trabalhando no desenvolvimento de novos materiais para uso em baterias de íons de sódio, incluindo novos eletrólitos, ânodos e cátodos. Esses materiais podem melhorar a densidade de energia, eficiência de armazenamento e segurança das baterias de íons de sódio.
Segundo uma matéria do The New York Times de abril de 2023 a China está muito à frente do resto do mundo no desenvolvimento de baterias que usam sódio. De acordo com o The New York Times executivos chineses de baterias disseram em entrevistas que descobriram no ano passado como fabricar células de bateria de sódio tão semelhantes às de lítio, que podem ser feitas com o mesmo equipamento.
A gigante chinesa CATL, maior fabricante mundial de baterias para carros elétricos, diz ter descoberto uma maneira de usar células de sódio e células de lítio em uma única bateria de carro elétrico, combinando o baixo custo e a resistência às intempéries das células de sódio com a ampla gama de células de lítio. A empresa diz que agora está preparada para produzir em massa essas baterias mistas.
Segundo Mike Henry presidente-executivo da BHP, a maior mineradora do mundo, provavelmente começaremos a ver nos próximos anos o sódio substituir o lítio em certas aplicações.
Conclusão
A substituição das baterias de lítio-íon por íons de sódio é um assunto que tem recebido atenção considerável nos últimos anos. As baterias de lítio-íon têm sido amplamente utilizadas em muitas aplicações, desde dispositivos eletrônicos até veículos elétricos, devido às suas propriedades de alta densidade de energia e eficiência. No entanto, os problemas ambientais e de segurança associados à mineração e disposição do lítio têm aumentado a preocupação com a sustentabilidade dessas baterias.
As baterias de íons de sódio, por outro lado, são uma alternativa promissora, pois o sódio é um elemento muito mais abundante na Terra do que o lítio. Além disso, a extração de sódio é menos agressiva ao meio ambiente e mais segura do que a extração de lítio.
No entanto, ainda há desafios a serem superados antes que as baterias de íons de sódio possam substituir completamente as baterias de lítio-íon em todas as aplicações. A pesquisa em andamento está focada na melhoria da capacidade de carga, vida útil e segurança das baterias de íons de sódio. É importante destacar que a implementação de baterias de íons de sódio não deve ser vista como uma solução única para os problemas ambientais e de segurança associados às baterias de lítio-íon, mas sim como uma parte importante de um esforço maior para desenvolver tecnologias mais sustentáveis.