Bateria de sódio da Hina Battery desafia baterias de lítio da Tesla em carros eléctricos

Inside the teardown

Durante anos, o carro eléctrico tem dependido quase por completo de um ingrediente difícil de extrair, distribuído de forma desigual pelo planeta e que não pára de encarecer. O lítio está no centro de quase todas as baterias que estão a substituir a gasolina, e a indústria habituou-se à ideia de que ainda não existe uma alternativa pronta a ocupar esse lugar.

Uma empresa chinesa decidiu contrariar essa aposta. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, levou-a para produção comercial e começou a fornecê-la tanto para automóveis como para sistemas de armazenamento de energia na rede.

Depois, uma equipa de investigadores alemães abriu uma dessas baterias para perceber, na prática, como se comparava com as células da Tesla. O resultado foi um rival de sódio que ficou acima do que muitos especialistas esperavam.

A bateria analisada vem da Hina Battery, cujas células já alimentam carros e grandes instalações de armazenamento de energia por toda a China. Em vez de lítio, estas células usam sódio - o mesmo elemento presente no sal de mesa.

Uma equipa liderada por Moritz Schütte - investigador de baterias na RWTH Aachen University, na Alemanha - quis avaliar como este produto comercial se posicionava face às células de iões de lítio da Tesla. Como essas células são frequentemente vistas como a referência do sector, a comparação tinha peso real.

Para começar, o grupo fez uma varrimento a 120 células sem as danificar, para verificar a consistência entre unidades. Em seguida, submeteu as baterias a condições mais próximas do uso real, variando a corrente eléctrica e testando-as numa ampla faixa de temperaturas.

Antes de as abrir, os investigadores usaram raios X para mapear a estrutura interna. Só depois desmontaram as células para inspecionar o interior directamente.

Sodium battery rival found

A primeira surpresa foi a semelhança entre as células. Nas 120 unidades, a variação na resistência eléctrica ficou pouco acima de 5% - uma dispersão curta, típica de fabrico cuidadoso e repetível, não de um produto ainda “verde”.

Essa uniformidade apanhou a equipa desprevenida. O desempenho e a qualidade de construção ficaram ao nível de baterias de iões de lítio topo de gama - um patamar que não se esperava ver tão cedo numa tecnologia de sódio.

No interior, o desenho lembrava a abordagem da Tesla. As células usavam um layout sem “tabs”, com alumínio em ambos os lados do caminho interno da corrente - uma configuração que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de forma mais uniforme.

Chegar de forma independente a uma arquitectura tão parecida sugere que a engenharia já está num nível maduro. O grande destaque foi a qualidade de produção, não apenas a química.

A copper puzzle

Depois veio a parte verdadeiramente estranha. Ao analisar o eléctrodo positivo - a componente que armazena e liberta carga durante o uso - a equipa encontrou cobre em quantidades irregulares e inesperadamente elevadas em certas zonas.

Até este estudo, ninguém tinha descrito este padrão específico numa célula comercial de sódio. O cobre não aparecia misturado de forma homogénea no material.

Dentro de partículas individuais, o cobre surgia separado dos outros metais da mistura. Ocupava uma zona distinta, em vez de um espalhamento uniforme - um isolamento espacial que os investigadores não anteciparam.

O que o cobre está ali a fazer continua sem resposta. As imagens mostravam a separação de forma clara, mas ainda não se sabe se isso melhora a bateria, se encurta a vida útil, ou se pode ter efeitos dos dois tipos.

Schütte descreveu-o como um achado que levanta questões concretas sobre o papel do metal na performance e no envelhecimento destas células.

Where it falls short

Apesar das notas fortes, a bateria apresentou limitações claras. A densidade de energia - quanta carga cabe no mesmo volume e peso - ainda fica atrás das melhores células de iões de lítio, o que significa mais massa e volume para a mesma autonomia.

O frio expôs o limite mais marcado. Ao descarregar a bateria a -20°C, ainda libertou mais de 80% da energia utilizável.

Já carregar nessas mesmas condições foi outra história. Esse valor caiu para pouco mais de metade.

Esta diferença mostra onde a tecnologia tem mais margem para evoluir. Uma bateria que aguenta descarregar no frio, mas é difícil de recarregar nessas temperaturas, serve bem algumas aplicações e complica outras.

Schütte apontou que carregamentos frequentes a baixas temperaturas exigiriam uma gestão térmica cuidada ou estratégias de operação mais inteligentes para contornar o problema.

Why sodium appeals

O apelo do sódio começa na oferta. O lítio está distribuído de forma desigual, tem ficado mais caro e, segundo analistas do sector, pode não acompanhar a procura à medida que os veículos eléctricos e o armazenamento na rede continuam a crescer.

O sódio evita grande parte disso. É abundante, fácil de obter e muito mais barato de extrair - factores que podem reduzir o custo das matérias-primas para os fabricantes e aliviar a pressão nas cadeias de abastecimento que paira sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de fornecimento de baterias detalha o quão apertado esse cenário do lítio está a tornar-se.

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

Schütte vê o papel mais forte no curto prazo em serviços de rede, armazenamento de backup e veículos comerciais ou de menor autonomia, onde reduzir custos pesa mais do que extrair o máximo de alcance.

Road ahead for sodium

A conclusão é clara. Uma bateria comercial de sódio - produzida em escala e vendida hoje - já se aproxima de células premium de iões de lítio em uniformidade, potência e desempenho de descarga em tempo frio.

Era algo que o sector suspeitava que estava a caminho, mas ainda não tinha sido confirmado num produto efectivamente a ser expedido e usado. Para um elemento tão barato e tão comum, isso é um marco.

A descoberta do cobre dá aos investigadores um novo fio para puxar. Futuras formulações de sódio podem tentar eliminar tanto o níquel como o cobre enquanto aumentam a densidade de energia, e perceber por que razão o cobre se separou desta forma pode orientar essas próximas “receitas”.

Schütte espera que os maiores ganhos venham do desenvolvimento de melhores materiais de eléctrodo e electrólitos.

Para condutores e operadores de rede, o impacto prático ainda está mais à frente. Resolva-se a fraqueza no carregamento a frio e reduza-se a diferença de densidade de energia, e o sódio deixa de ser apenas uma alternativa barata.

A tecnologia de baterias de sódio passa então a ser um rival sério - um caminho mais económico para armazenar energia e mover carros, sem depender de um fornecimento de lítio caro e sob pressão.