Bateria de sódio da Hina Battery desafia as baterias da Tesla

Carros elétricos dependem de um insumo difícil de extrair, distribuído de forma desigual pelo mundo e que vem ficando mais caro a cada trimestre. O lítio é o componente central de quase todas as baterias que sustentam a migração para longe da gasolina, e o setor, em grande parte, partiu do pressuposto de que ainda não existe substituto pronto.

Uma empresa chinesa de baterias discordou disso. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, levou a tecnologia à produção comercial e passou a fornecê-la tanto para automóveis quanto para sistemas de armazenamento de energia na rede elétrica.

Depois, um grupo de investigadores alemães abriu uma dessas células para entender como ela se compara às baterias da Tesla. O resultado foi a identificação de uma rival de bateria de sódio com desempenho acima do que muitos especialistas esperavam.

Por dentro da desmontagem

A bateria analisada é da Hina Battery, cujas células já alimentam carros e grandes instalações de armazenamento de energia em várias regiões da China. No lugar do lítio, essas células usam sódio - o mesmo elemento presente no sal de cozinha.

Uma equipa liderada por Moritz Schütte - investigador de baterias na RWTH Aachen University, na Alemanha - quis medir como esse produto comercial se sai frente às células de íon-lítio da Tesla. Como essas células são amplamente tratadas como referência da indústria, a comparação tinha peso real.

Para começar, os investigadores fizeram varreduras em 120 células sem as danificar, verificando o grau de consistência entre unidades. Em seguida, submeteram as baterias a condições semelhantes às do mundo real, alternando a corrente elétrica e realizando ensaios numa ampla faixa de temperaturas.

Antes de abrir as células, recorreram a raios X para mapear a estrutura interna. Só então partiram para a inspeção direta do que havia dentro.

Foi encontrada uma rival de bateria de sódio

A primeira surpresa veio da semelhança entre as células. Considerando as 120 unidades, a variação na resistência elétrica ficou em pouco mais de 5% - uma dispersão pequena, típica de fabrico cuidadoso e repetível, e não de um produto inicial ainda irregular.

Essa uniformidade apanhou a equipa de surpresa. O desempenho e a qualidade de construção ficaram no nível de baterias de íon-lítio de última geração - um patamar que a tecnologia de sódio não era vista como capaz de atingir tão cedo.

Por dentro, o projeto lembrava a abordagem da própria Tesla. As células adotavam um desenho sem abas, com alumínio em ambos os lados do caminho interno de corrente - uma configuração que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de maneira homogénea pela célula.

O fato de chegar, por outra via, a uma arquitetura tão parecida foi um sinal de quanto a engenharia já está madura. O destaque, aqui, não foi só a química: a qualidade de produção também chamou atenção.

Um enigma de cobre

A parte verdadeiramente incomum apareceu depois. Ao examinar o eletrodo positivo - a região que armazena e libera carga durante o uso - a equipa encontrou cobre em quantidades irregulares e inesperadamente altas em certas áreas.

Até este estudo, esse padrão específico não havia sido descrito numa célula comercial de sódio. O cobre não estava distribuído de forma homogénea no material.

Dentro de partículas individuais, o cobre aparecia separado dos outros metais da mistura. Em vez de se espalhar de modo uniforme, ocupava uma zona distinta - um isolamento espacial que os investigadores não previam.

O papel desse cobre ainda é uma incógnita. As imagens mostraram a separação com clareza, mas não está definido se isso melhora a bateria, reduz a vida útil ou produz uma combinação dos dois efeitos.

Schütte afirmou que se trata de um achado que levanta questões concretas sobre a função do metal no desempenho e no envelhecimento dessas células.

Onde ficam as limitações

Apesar dos bons resultados, a bateria exibiu pontos fracos evidentes. A densidade de energia - isto é, quanta carga cabe no volume e no peso da célula - continua abaixo das melhores baterias de íon-lítio, o que implica mais volume para obter a mesma autonomia.

O frio expôs o limite mais nítido. Ao descarregar a bateria a -20°C (equivalente a -4°F), ela ainda entregou mais de 80% da energia utilizável.

Já recarregar sob esse mesmo frio foi outra história. Nessa condição, o valor caiu para pouco mais da metade.

Essa diferença indica com clareza onde a tecnologia precisa avançar. Uma bateria que consegue fornecer energia no frio, mas tem dificuldade para receber carga nessas temperaturas, atende bem a certas aplicações e atrapalha noutras.

Schütte observou que recargas frequentes em temperaturas baixas exigiriam gestão térmica cuidadosa ou estratégias de operação mais inteligentes para contornar o problema.

Por que o sódio atrai

O interesse pelo sódio tem origem, sobretudo, na oferta. O lítio está distribuído de forma desigual, vem encarecendo e, segundo projeções de analistas do setor, pode não acompanhar a procura à medida que veículos elétricos e armazenamento na rede elétrica continuam a crescer.

O sódio evita parte importante dessa pressão. É abundante, mais simples de obter e muito mais barato de extrair - fatores capazes de reduzir o custo de matérias-primas para fabricantes e aliviar tensões na cadeia de fornecimento que pairam sobre o mercado de lítio.

Um relatório sobre cadeias de fornecimento de baterias descreve o quanto esse cenário do lítio está a ficar restritivo.

Essas células também suportam exigências elevadas no frio de forma razoável. Esse comportamento reforça o argumento a favor desta rival de bateria de sódio em armazenamento estacionário e em veículos que operam em climas frios.

Schütte vê o uso mais forte, no curto prazo, em serviços para a rede elétrica, armazenamento de reserva e veículos comerciais ou de menor autonomia, nos quais manter o custo baixo pesa mais do que extrair o máximo de alcance.

O caminho à frente para o sódio

A conclusão prática é direta: uma bateria de sódio comercial - fabricada em escala e já vendida hoje - consegue igualar células de íon-lítio de alto nível em uniformidade, potência e entrega de energia em tempo frio.

Era algo que a área esperava ver acontecer, mas ainda não tinha confirmado num produto efetivamente em circulação. Para um elemento tão barato e tão comum, isso marca um ponto importante.

A descoberta do cobre dá aos investigadores uma nova pista para seguir. Projetos futuros de baterias de sódio podem procurar eliminar tanto o níquel quanto o cobre e elevar a densidade de energia; entender por que o cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas formulações.

Schütte espera que os maiores avanços venham do desenvolvimento de materiais melhores para os eletrodos e de eletrólitos mais adequados.

Para condutores e operadores da rede elétrica, o efeito prático ainda está mais adiante. Se a fraqueza na recarga no frio for corrigida e a diferença de energia for reduzida, o sódio deixa de ser apenas uma alternativa barata.

A tecnologia de bateria de sódio, então, passa a ser uma rival séria - um caminho mais económico para armazenar energia e movimentar carros sem depender de um fornecimento de lítio sob pressão e de alto custo.