Uma equipe internacional de cientistas realizou uma revisão da literatura sobre os avanços recentes e as perspectivas futuras dos principais componentes das baterias de íons de sódio (SIBs, na sigla em inglês).
As SIBs armazenam e liberam energia por meio da movimentação de íons de sódio entre o cátodo e o ânodo através de um eletrólito durante os processos de carga e descarga. A tecnologia é considerada uma alternativa atraente às baterias de íons de lítio (LIBs), principalmente porque o sódio é abundante e apresenta uma distribuição geográfica mais uniforme.
“A crescente necessidade de soluções de armazenamento de energia acessíveis e sustentáveis em importantes setores de uso final, incluindo os segmentos automotivo, industrial e de armazenamento de energia, está contribuindo para a forte expansão do mercado global de baterias de íons de sódio”, afirmou à pv magazine o autor correspondente do estudo, Ababay Ketema Worku.
“As SIBs ainda estão em seus estágios iniciais, embora dispositivos comerciais de primeira geração de empresas como Contemporary Amperex Technology, Faradion e TIAMAT já tenham chegado ao mercado de armazenamento de energia, com foco em aplicações de mobilidade leve e estacionárias”, acrescentou. “Apesar de seus benefícios de longo prazo em termos de desempenho, economia e meio ambiente, a penetração das SIBs ainda é baixa em todo o mundo, e espera-se que o mercado cresça significativamente nos próximos dez anos.”
Entre os fatores que limitam a adoção mais ampla das SIBs, Worku cita a menor densidade energética e a vida útil mais curta em comparação com as LIBs. Essas limitações estão em grande parte relacionadas ao maior raio iônico do sódio, que impõe maior estresse mecânico aos materiais dos eletrodos e pode acelerar sua degradação.
Outros desafios incluem taxas mais elevadas de autodescarga, cadeias de fornecimento ainda pouco desenvolvidas para materiais de grau adequado à fabricação de baterias e ineficiências nos processos de produção, incluindo a formulação da pasta, a secagem dos eletrodos e a montagem das células.
“Embora as SIBs apresentem maior estabilidade térmica e sejam compatíveis com a infraestrutura existente para LIBs, sistemas sofisticados de gerenciamento e métodos de modelagem preditiva, como dinâmica de fluidos computacional, calorimetria exploratória diferencial e análise termogravimétrica, são necessários para garantir a segurança no nível do pack”, afirmou Worku.
A revisão analisa cinco grandes classes de ânodos para SIBs: materiais à base de ligas, materiais de intercalação, materiais de conversão, materiais orgânicos e materiais à base de MXene.
Os pesquisadores constataram que ânodos à base de carbono, ligas e materiais orgânicos oferecem elevada estabilidade durante os ciclos e capacidade de armazenamento de sódio, enquanto os materiais do tipo conversão apresentam altas capacidades teóricas.
Entretanto, a adoção em larga escala desses materiais ainda é limitada por problemas como grandes variações de volume durante os ciclos de carga e descarga, baixa condutividade elétrica, interfaces instáveis e degradação estrutural. Esses desafios têm impulsionado pesquisas contínuas em novos desenhos de materiais e em técnicas de nanoestruturação.
Os pesquisadores concluíram que o avanço futuro da tecnologia dependerá do desenvolvimento de materiais mais estáveis para cátodos e ânodos, eletrólitos mais seguros e condutivos e separadores com maior estabilidade térmica e química.
Eles também ressaltaram que avanços em todos os componentes das baterias — incluindo eletrodos, eletrólitos, aglutinantes, coletores de corrente, aditivos condutivos e solventes — serão essenciais para acelerar a comercialização e tornar as SIBs mais competitivas em relação às LIBs.
“Atualmente, as densidades energéticas das SIBs variam de 100 Wh/kg a 160 Wh/kg, com alguns protótipos avançados se aproximando de 200 Wh/kg”, afirmou Worku. “Formulações aprimoradas de eletrólitos, que aumentam a condutividade iônica e a estabilidade eletroquímica, assim como os avanços nos materiais dos eletrodos, são os principais responsáveis por esses avanços.”
Worku afirma que o armazenamento de energia é uma das várias áreas em que as SIBs estão encontrando novas aplicações.
“Elas são ideais para aplicações de balanceamento de carga, veículos elétricos (VEs), integração de fontes renováveis e armazenamento de energia em larga escala, devido ao baixo custo e ao uso de matérias-primas amplamente disponíveis”, afirmou.
“As SIBs oferecem uma alternativa escalável e acessível para armazenar e fornecer energia renovável, e projetos-piloto já demonstraram seu potencial para contribuir para a estabilidade da rede. As baterias de íons de sódio estão ganhando popularidade na indústria automotiva como substitutas mais econômicas das baterias de íons de lítio, especialmente em veículos elétricos de duas e três rodas.”
A revisão, intitulada “Recent advances and future perspectives on key components for sodium-ion batteries”, foi publicada na revista Energy Conversion and Management: X. O estudo foi realizado por cientistas da University of South Africa, da Bahir Dar University, na Etiópia, e da Shanghai University, na China.
Da ESS News
