As baterias de iões de sódio (Na)-ion (NIB) têm um grande potencial para representar a próxima geração de soluções de armazenamento de energia de baixo custo e amigas do ambiente. Os diversos indicadores-chave de desempenho exigidos por diferentes aplicações e a diversificação do mercado é a força motriz que empurra a tecnologia Na-ion para mais perto do mercado.
Uma equipe de cientistas, incluindo a WMG da Universidade de Warwick, combinou seus conhecimentos e experiência para avaliar o status atual da tecnologia Na-ion, desde os materiais até o desenvolvimento de células, oferecendo uma comparação realista dos indicadores-chave de desempenho para NBs e LIBs.
LIBs desempenham um papel primordial na transição para uma economia de baixo carbono. Entretanto, à medida que o mercado se expande rapidamente, os desafios ambientais e sociais associados à produção em massa de LIBs estão despertando grande atenção para a busca de soluções alternativas de armazenamento de energia baseadas em materiais que possam ser obtidos de forma sustentável e responsável. Neste cenário, os LIBs representam uma tecnologia alternativa de armazenamento de energia de baixo custo, sustentável e mais amiga do ambiente.
No artigo “Desafios de hoje para as baterias baseadas em Na- do futuro: dos materiais à métrica celular”, publicado em 18 de Setembro de 2020 no Journal of Power Sources, uma grande equipa de cientistas especialistas em tecnologia Na-ion, liderada pela WMG, na Universidade de Warwick (Reino Unido) analisa a perspectiva de os LIBs ocuparem um lugar no mercado de armazenamento de energia. O artigo também inclui pesquisadores de: Helmholtz Institute Ulm (Alemanha), College de France (França), Humboldt University Berlin (Alemanha), Institute for Energy technology (Noruega), Université de Picardie Jules Verne (França), University of Bordeaux (França) e CIC energiGUNE (Espanha).
Na- as baterias oferecem uma combinação de propriedades atraentes. São de baixo custo, utilizam precursores sustentáveis e têm um abastecimento seguro de matéria-prima. Além disso, são consideradas como uma tecnologia “drop-in” que poderia se beneficiar das já existentes instalações de fabricação de baterias de íon-lítio.
Como sistemas baseados em Li, as baterias baseadas em Na- vêm em diferentes formas, tais como Na-ion, Na-all-solid-state-batteries, NaO2 e Na/S. Enquanto as últimas são vistas como tecnologias futuras disruptivas, a tecnologia Na-ion representa uma tecnologia atraente quase pronta para desafiar as baterias de íon-lítio em aplicações específicas.
As métricas de desempenho são da maior importância para a tecnologia SIB para garantir um custo competitivo por Wh e encontrar um lugar no mercado. Neste trabalho, os materiais de eletrodos e sistemas de eletrólitos mais promissores foram revistos e métricas de desempenho da literatura acadêmica foram utilizadas para extrapolar indicadores de desempenho de células de íons de sódio completos.
Autores indicam que, com o desenvolvimento em andamento, os melhores materiais disponíveis atualmente para células de íons de lítio devem permitir a aproximação da densidade de energia da atual geração de células comerciais de íons de lítio. Um dos campos de aplicação mais importantes para os protótipos de baterias de íons de sódio desenvolvidos é certamente um sistema de armazenamento de energia estacionário, onde o custo e a vida útil do ciclo representam dois parâmetros fundamentais. “Neste campo as baterias de íons de sódio têm o potencial de dominar o mercado futuro, representando o sistema mais promissor para preencher a lacuna entre a produção e a utilização de energia, assegurando o fornecimento de energia. No entanto, aplicações de alta potência no campo automotivo eletrificado são uma potencial aplicação de nicho de campo para NIBs” diz a Dra. Ivana Hasa, professora assistente da WMG.
Outras melhorias tecnológicas são necessárias para aumentar o desempenho, especialmente em termos de densidade de energia. Resultados extremamente encorajadores foram alcançados para a tecnologia Na-ion em um tempo muito curto quando comparada com a tecnologia Li-ion. A melhoria tecnológica será alcançada através da otimização da fabricação/montagem de componentes celulares, como ocorreu nos últimos trinta anos para a tecnologia LIB.
Dr Ivana Hasa, da WMG, comentários da Universidade de Warwick: “Do ponto de vista da pesquisa aplicada, os futuros esforços de pesquisa devem ser dedicados à pesquisa fundamental, descoberta de materiais e compreensão dos processos termodinâmicos e cinéticos que regem a química desses sistemas. Além disso, a investigação de baterias de na-ion em escala superior é de primordial importância para a obtenção de dados realistas que permitam avaliar o progresso da tecnologia, bem como a adoção de uma metodologia comum de relato na comunidade científica, permitindo uma comparação justa entre os resultados de desempenho”