Um meio inovador poderia permitir superar um obstáculo importante no desenvolvimento das baterias de íon de sódio. Um detalhe crucial do processo de fabricação revela que desacelerar a taxa de aquecimento poderia prevenir microfissuras nas partículas do cátodo.
Essas fissuras têm afetado há muito tempo o desempenho dessas baterias, limitando sua vida útil. Uma equipe de pesquisadores do Argonne desenvolveu recentemente um método que parece resolver este problema recorrente.
Ilustração artística mostrando como a redução da taxa de aquecimento durante a preparação do cátodo elimina as fissuras.
Crédito: Argonne National Laboratory.
Para entender a causa dessas fissuras, os cientistas analisaram a própria estrutura das partículas do cátodo, que apresentam um núcleo rico em níquel e uma camada externa de cobalto e manganês. Essa configuração particular permite uma grande capacidade de armazenamento, mas o desequilíbrio entre os materiais gera tensões internas, causando fissuras durante os ciclos de carga e descarga.
Ao modificar a taxa de aquecimento durante a preparação das partículas, a equipe constatou que uma taxa mais lenta permitia reduzir essas tensões. O processo de síntese, realizado sob condições muito precisas de temperatura, permitiu estabilizar as partículas do cátodo.
O estudo realizado em Argonne revelou que, quando as partículas são aquecidas a uma velocidade de um grau por minuto, as fissuras não se formam. No entanto, uma taxa de aquecimento mais rápida de cinco graus por minuto leva à formação de fissuras a partir de 250 °C.
Essa descoberta é crucial para o futuro das baterias de íon de sódio. De fato, essas baterias, menos custosas e mais abundantes que as baterias de íon de lítio, podem desempenhar um papel-chave na transição energética, especialmente no armazenamento de energias renováveis.
Os pesquisadores continuam a aprimorar essa tecnologia, buscando eliminar o uso de níquel nos cátodos, o que pode reduzir ainda mais os custos e melhorar a durabilidade. Embora as baterias de íon de sódio tenham uma densidade de energia inferior à das baterias de lítio, elas mostram-se promissoras para veículos elétricos voltados ao uso urbano.
A esperança é desenvolver baterias de íon de sódio tão eficazes quanto os cátodos de lítio-ferro-fosfato atuais, o que poderia tornar a mobilidade elétrica mais sustentável.
O que é uma bateria de íon de sódio?
Uma bateria de íon de sódio é um tipo de bateria recarregável que utiliza íons de sódio (Na⁺) para armazenar e liberar energia, ao contrário das baterias de íon de lítio que utilizam íons de lítio. Os íons de sódio deslocam-se entre um ânodo e um cátodo durante os ciclos de carga e descarga, criando um fluxo de elétrons que gera eletricidade.
Embora as baterias de íon de lítio dominem o mercado, o sódio é muito mais abundante e menos caro que o lítio. Isso torna as baterias de íon de sódio atraentes, especialmente para aplicações que requerem grandes quantidades de armazenamento de energia, como redes elétricas. Contudo, essas baterias apresentam uma densidade de energia inferior, o que significa que armazenam menos energia por unidade de peso ou volume.
Fonte: Nature Nanotechnology