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

Os carros eléctricos dependem de um material difícil de extrair, distribuído de forma desigual pelo planeta e que, trimestre após trimestre, tem ficado mais caro. O lítio está no centro de quase todas as baterias que alimentam a transição para lá da gasolina, e o sector tem assumido, em grande medida, que ainda não existe nada pronto para o substituir.

Uma empresa chinesa de baterias discordou dessa ideia. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, colocou-a em produção comercial e já a forneceu para automóveis e para sistemas de armazenamento de energia na rede eléctrica.

Mais tarde, uma equipa de investigadores alemães abriu uma dessas baterias para perceber, na prática, como se comparava com as baterias da Tesla. O que descobriram foi um rival em sódio com um 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 por toda a China. Em vez de lítio, estas células assentam em sódio - o mesmo elemento presente no sal de mesa.

Uma equipa liderada por Moritz Schütte, investigador de baterias na Universidade RWTH Aachen, na Alemanha, quis avaliar como este produto comercial se posiciona face às células de iões de lítio da Tesla. Essas células são frequentemente tratadas como referência na indústria, pelo que a comparação tinha um peso real.

Para começar, o grupo analisou 120 células sem as danificar, para verificar o grau de consistência entre unidades. Depois, submeteu as baterias a condições próximas do uso real, variando a corrente eléctrica e realizando ensaios numa ampla gama de temperaturas.

Antes de as abrir, os investigadores recorreram a raios X para mapear a estrutura interna; só no fim desmontaram as células para inspecionar directamente os materiais no interior.

Foi encontrado um rival em bateria de sódio

A primeira surpresa foi a semelhança entre as unidades. Nas 120 células, a variação da resistência eléctrica ficou pouco acima de 5% - uma dispersão reduzida que aponta para um fabrico cuidadoso e repetível, e não para um produto ainda embrionário.

Essa uniformidade apanhou os investigadores desprevenidos. O desempenho e a qualidade de construção ficaram ao nível de baterias de iões de lítio de última geração - uma fasquia que não se esperava que a tecnologia de sódio ultrapassasse tão cedo.

No interior, o desenho lembrava a abordagem da própria Tesla. As células recorriam a uma arquitectura sem abas, 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 uniforme pela célula.

O facto de se chegar, de forma independente, a uma arquitectura semelhante reforça o grau de maturidade da engenharia. A grande notícia não foi apenas a química, mas também a qualidade de produção.

Um enigma com cobre

Depois surgiu a parte verdadeiramente invulgar. Ao examinar o eléctrodo positivo - a componente da bateria que armazena e liberta carga durante o funcionamento - a equipa encontrou cobre a aparecer de forma desigual e em quantidades inesperadamente elevadas em determinadas zonas.

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

Dentro de partículas individuais, o cobre surgia separado dos outros metais presentes na mistura. Em vez de uma distribuição uniforme, ocupava uma zona distinta - um isolamento espacial que os investigadores não antecipavam.

O que esse cobre ali está a fazer continua por esclarecer. As imagens mostraram a separação com nitidez, mas ainda não se sabe se isso beneficia a bateria, prejudica a sua durabilidade, ou se tem efeitos mistos.

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

Onde fica aquém

Apesar dos bons resultados, a bateria revelou fragilidades claras. A densidade energética - isto é, quanta carga uma célula consegue concentrar no seu volume e massa - continua abaixo das melhores células de iões de lítio, o que implica mais volume para obter a mesma autonomia.

O frio expôs o limite mais marcado. Ao descarregar a bateria a -20 °C (≈ -4 °F), a célula ainda libertou mais de 80% da energia utilizável.

Carregar nesse mesmo frio foi outra história: esse valor caiu para pouco mais de metade.

Esta diferença aponta para onde a tecnologia precisa de mais trabalho. Uma bateria que se consegue descarregar no frio, mas que custa a recarregar nessas condições, serve bem para algumas utilizações e torna-se frustrante noutras.

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

Porque é que o sódio é apelativo

O interesse no sódio nasce, sobretudo, da oferta. O lítio está distribuído de forma desigual, está cada vez mais caro e, segundo previsões de analistas da indústria, poderá não chegar para a procura à medida que os veículos eléctricos e o armazenamento na rede eléctrica continuam a crescer.

O sódio evita grande parte desse estrangulamento. É abundante, fácil de obter e muito mais barato de extrair - factores que podem reduzir os custos de matérias-primas para os fabricantes e aliviar a pressão na cadeia de abastecimento que paira sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de abastecimento de baterias descreve até que ponto o panorama do lítio se está a tornar restritivo.

Estas células também lidam de forma razoável com exigências elevadas em clima frio. Esse desempenho reforça o argumento a favor deste rival em bateria de sódio tanto no armazenamento estacionário como em veículos que operam em regiões frias.

Schütte vê o papel mais forte, no curto prazo, em serviços para a rede eléctrica, armazenamento de emergência e veículos comerciais ou de curto alcance, onde manter os custos baixos pesa mais do que espremer a autonomia máxima.

O caminho à frente para o sódio

A conclusão prática é clara. Uma bateria de sódio comercial - fabricada em escala e vendida hoje - já se compara a células de iões de lítio de topo em uniformidade, potência e capacidade de descarga em tempo frio.

Era algo que a área suspeitava que iria acontecer, mas que ainda não tinha sido confirmado num produto efectivamente no mercado. Para um elemento tão barato e tão comum, isto é um marco importante.

A descoberta do cobre dá aos investigadores um novo fio para puxar. Projectos futuros de sódio podem procurar eliminar tanto o níquel como o cobre enquanto aumentam a densidade energética, e compreender por que razão o cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas formulações.

Schütte espera que os maiores progressos venham de melhorias nos materiais dos eléctrodos e nos electrólitos.

Para condutores e operadores da rede, o impacto prático ainda está mais à frente. Se a fraqueza no carregamento a frio for resolvida e a diferença de densidade energética for reduzida, o sódio deixa de ser apenas uma alternativa económica.

A tecnologia de bateria de sódio passa então a ser um rival sério - um caminho mais barato para armazenar energia e mover carros, sem depender de um fornecimento de lítio pressionado e caro.