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

Inside the teardown

Os carros eléctricos dependem, em grande parte, de um material difícil de extrair, mal distribuído pelo mundo e que tem vindo a encarecer de trimestre para trimestre. O lítio está no centro de quase todas as baterias que sustentam a transição para longe da gasolina - e durante muito tempo o sector assumiu que não havia alternativa pronta a sério.

Uma empresa chinesa resolveu contrariar essa ideia. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, colocou-a em produção comercial e começou a enviá-la para automóveis e para sistemas de armazenamento na rede eléctrica.

Depois, um grupo de investigadores alemães abriu uma dessas células para perceber como se comparava com as baterias da Tesla. O que encontraram foi uma rival de sódio com um desempenho acima do que muitos especialistas esperavam.

A bateria em causa é 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 cozinha.

Uma equipa liderada por Moritz Schütte - investigador de baterias na RWTH Aachen University, na Alemanha - quis perceber como este produto comercial se colocava face às células de iões de lítio da Tesla. Estas são vistas, em geral, como um padrão de referência na indústria, por isso a comparação tinha peso real.

Primeiro, a equipa fez varrimentos a 120 células sem as danificar, para avaliar a consistência entre unidades. Depois, levou as baterias a condições próximas do uso real, variando a corrente eléctrica e testando-as numa ampla faixa de temperaturas.

Raios-X mapearam a estrutura interna antes de, finalmente, os investigadores abrirem as células para inspeccionar directamente os materiais.

Sodium battery rival found

A primeira surpresa foi o quão semelhantes as células eram. Nas 120 unidades, a variação na resistência eléctrica ficou pouco acima de 5% - um intervalo apertado que aponta para fabrico cuidadoso e repetível, e não para um produto ainda “verde”.

Essa uniformidade apanhou os investigadores desprevenidos. O desempenho e a qualidade de construção ficaram ao nível das baterias de iões de lítio mais avançadas - uma fasquia que a tecnologia de sódio não era suposto atingir tão cedo.

Por dentro, o desenho lembrava a abordagem da Tesla. Estas células usam um layout sem abas (tabless), com alumínio em ambos os lados do percurso interno de corrente - uma configuração que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de forma mais homogénea na célula.

Chegar de forma independente à mesma arquitectura mostrou como a engenharia já está madura. A grande manchete aqui 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 a aparecer em quantidades irregulares e inesperadamente elevadas em certas zonas.

Até este estudo, ninguém tinha documentado este padrão específico numa célula comercial de sódio. O cobre não estava misturado de forma uniforme no material.

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

O que o cobre está a fazer ali continua em aberto. A equipa conseguiu ver a separação com nitidez nos varrimentos, mas ainda não se sabe se isso ajuda a bateria, se encurta a vida útil, ou se traz um pouco de ambos.

Schütte descreveu-o como um achado que levanta questões reais sobre o papel do metal na forma como estas células funcionam e envelhecem.

Where it falls short

Apesar das notas fortes, a bateria mostrou limitações claras. A densidade energética - quanta carga uma célula consegue concentrar no seu volume e peso - ainda fica atrás das melhores células de iões de lítio, o que significa mais volume para a mesma autonomia.

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

Carregar a essa mesma temperatura foi outra história. Esse valor caiu para pouco mais de metade.

A diferença mostra onde a tecnologia precisa de mais trabalho. Uma bateria que consegue fornecer energia no frio, mas tem dificuldade em recarregar nessas condições, serve bem para algumas aplicações e complica outras.

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

Why sodium appeals

O atractivo do sódio começa no abastecimento. O lítio está distribuído de forma desigual, está cada vez mais caro e, segundo analistas do sector, poderá ficar aquém da procura à medida que os veículos eléctricos e o armazenamento na rede continuarem a crescer.

O sódio contorna grande parte disso. É abundante, fácil de obter e muito mais barato de extrair - factores que podem baixar os custos de matérias-primas para fabricantes e aliviar as pressões na cadeia de fornecimento que pairam sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de abastecimento de baterias mostra quão apertado este cenário do lítio está a tornar-se.

Estas células também aguentam exigências elevadas no frio de forma razoável. Esse desempenho reforça o argumento para esta rival de sódio no 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 reserva e veículos comerciais ou de menor autonomia, onde manter os custos baixos pesa mais do que espremer o máximo de alcance.

Road ahead for sodium

A conclusão é concreta. Uma bateria de sódio comercial - produzida em escala e vendida hoje - já se mede com 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 que ainda não tinha sido confirmado num produto já no mercado. Para um elemento tão barato e tão comum, isso é um marco importante.

A descoberta do cobre dá aos investigadores um novo fio para puxar. Projectos futuros podem tentar eliminar tanto o níquel como o cobre, enquanto elevam a densidade energética; perceber por que razão esse cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas “receitas”.

Schütte espera que os maiores ganhos venham de trabalho em melhores materiais de eléctrodos e electrólitos.

Para condutores e operadores de rede, o impacto prático ainda está à frente. Se resolverem a fraqueza no carregamento a baixas temperaturas e reduzirem a diferença de densidade energética, o sódio deixa de ser apenas uma alternativa barata.

A tecnologia de baterias de sódio passa então a ser uma rival séria - um caminho mais barato para armazenar energia e mover carros, sem depender de um fornecimento de lítio cada vez mais apertado e caro.