O sódio apresenta uma alternativa muito mais barata e abundante, além de ser muito menos prejudicial de extrair. No entanto, as baterias de estado sólido à base de sódio têm enfrentado dificuldades para igualar o desempenho do lítio em temperaturas típicas.

“Não se trata de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia do amanhã, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos baseados em ambas as químicas, de lítio e sódio,” disse Y. Shirley Meng, Professora da Família Liew em Engenharia Molecular na Escola de Engenharia Molecular Pritzker da Universidade de Chicago (UChicago PME). “Esta nova pesquisa nos aproxima desse objetivo final enquanto avança a ciência básica ao longo do caminho.”

Um novo estudo do grupo de Meng, publicado na Joule, avança significativamente na resolução desse problema. Os pesquisadores desenvolveram uma bateria de estado sólido à base de sódio que apresenta um desempenho confiável desde a temperatura ambiente até abaixo de zero, estabelecendo um novo parâmetro no campo.

De acordo com o autor principal Sam Oh do A*STAR Institute of Materials Research and Engineering em Cingapura, que realizou o trabalho enquanto visitava o Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia de Meng, os resultados aproximam a tecnologia de sódio da concorrência com o lítio em termos de desempenho eletroquímico.

Essa conquista também representa um avanço fundamental na ciência dos materiais.

“A inovação que temos é que estamos, na verdade, estabilizando uma estrutura metastável que não havia sido relatada,” disse Oh. “Essa estrutura metastável do hidrido de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a mencionada na literatura, e três a quatro ordens de magnitude maior do que o precursor em si.”

Técnica estabelecida, novo campo

Para criar essa estrutura, os pesquisadores aqueceram uma forma metastável de hidrido de sódio até que começasse a cristalizar, em seguida, a resfriaram rapidamente para congelar a estrutura no lugar. O método é bem conhecido em outras áreas da ciência dos materiais, mas ainda não havia sido utilizado para eletrólitos sólidos, disse Oh.

Essa familiaridade prática pode facilitar a transição da descoberta da pesquisa laboratoral para a produção industrial.

“Como essa técnica é estabelecida, estamos melhor preparados para escalá-la no futuro,” disse Oh. “Se você está propondo algo novo ou se há necessidade de mudar ou estabelecer processos, então a indústria será mais relutante em aceitá-lo.”

Combinando essa fase metastável com um cátodo do tipo O3 que foi revestido com um eletrólito sólido à base de cloreto, é possível criar cátodos grossos e de alta carga areal que elevam este novo design além das baterias de sódio anteriores. Diferente de estratégias de design com um cátodo fino, esse cátodo grosso conteria menos materiais inativos e mais “carne” do cátodo.

“Quanto mais grosso o cátodo, melhor a densidade de energia teórica da bateria — a quantidade de energia armazenada em uma área específica — melhora,” disse Oh.

A pesquisa atual avança o sódio como uma alternativa viável para baterias, um passo vital para combater a raridade e o dano ambiental do lítio. É apenas um dos muitos passos à frente.

“Ainda é uma longa jornada, mas o que fizemos com essa pesquisa ajudará a abrir essa oportunidade,” disse Oh.