Baterias de sódio de estado sólido são uma alternativa promissora às baterias de lítio.

Pesquisadores desenvolveram uma bateria de sódio totalmente em estado sólido que mantém o desempenho em temperaturas abaixo de zero. Desenvolvida por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Diego, a bateria pode ajudar a substituir dispositivos de energia baseados em lítio.

Os pesquisadores também revelaram que o sódio é uma alternativa barata, abundante e menos prejudicial, mas as baterias de estado sólido que eles criaram atualmente não funcionam bem em temperatura ambiente.

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — A pesquisa foi liderada pelo Professor Y. Shirley Meng, da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago.

Os engenheiros aqueceram uma forma semi-estável de hidridoborato de sódio até o ponto em que começou a cristalizar e, em seguida, resfriaram-na rapidamente para estabilizar cineticamente a estrutura cristalina. Esta é uma técnica amplamente reconhecida, mas nunca antes aplicada a um eletrólito sólido.

Essa familiaridade pode ajudar a transformar essa inovação de laboratório em um produto real no futuro, dizem os pesquisadores.

"Não se trata de sódio versus lítio, precisamos de ambos", disse a professora Y. Shirley Meng, da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago (UChicago PME - EUA). "Quando pensamos em futuras soluções de armazenamento de energia, devemos imaginar a mesma fábrica gigante sendo capaz de produzir produtos baseados nas químicas de lítio e sódio. Esta nova pesquisa nos aproxima desse objetivo final, ao mesmo tempo em que avança a ciência fundamental ao longo do caminho."

A equipe também observa que a química do sódio é interessante, mas o eletrólito sólido de sódio mostra condutividade iônica limitada à temperatura ambiente.

O trabalho do grupo da UC San Diego combina dados computacionais e experimentais para avaliar a natureza metaestável do hidridoborato de sódio e demonstra que o resfriamento rápido do regime de cristalização bloqueia a dinâmica da fase ortorrômbica com a rápida migração de Na+.

Baterias de sódio de estado sólido oferecem esperança para uma solução energética menos prejudicial ao meio ambiente.

Os pesquisadores observam que, quando combinada com um cátodo revestido com eletrólito sólido à base de cloreto, essa fase superestável permite a criação de cátodos compostos densos e de alta carga de área que mantêm o desempenho em temperaturas abaixo de zero.

"Como o princípio básico é estabilizar cineticamente a estrutura aniônica, favorecendo a difusão, essa abordagem é transferível para hidridoboratos relacionados e outras químicas de clusters aniônicos. Este trabalho fornece uma estratégia prática de projeto e diretrizes de processamento para eletrólitos sólidos de alto desempenho", relata a equipe.

O coautor Sam Oh, do Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura, disse que a pesquisa ajuda a colocar o sódio em condições mais equilibradas com o lítio em termos de desempenho eletroquímico.

"O avanço que alcançamos é que estamos, na verdade, estabilizando uma estrutura semiestável nunca antes relatada. Essa estrutura semiestável de hidridoborato de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a condutividade iônica relatada na literatura, e três a quatro ordens de magnitude maior do que o próprio precursor."

Esta pesquisa oferece a perspectiva de usar uma matéria-prima muito mais barata e facilmente disponível do que o lítio. Por muitos anos, juntamente com o desenvolvimento de dispositivos digitais portáteis, a humanidade teve que fazer enormes concessões ambientais ao minerar e refinar lítio.