Bateria de sódio da Hina Battery surpreende em comparação com a Tesla

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 longe da gasolina, e o sector tem assumido, em grande medida, que nada está pronto para o substituir.

Uma empresa chinesa de baterias discordou. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, colocou-a em produção comercial e começou a fornecê-la para automóveis e para sistemas de armazenamento de energia na rede.

Depois, uma equipa de investigadores alemães abriu uma dessas células para perceber como se comparava com as baterias da Tesla. O resultado foi um rival de bateria de 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 veículos e grandes instalações de armazenamento de energia em toda a China. Em vez de lítio, estas células recorrem ao 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. Por serem amplamente vistas como referência na indústria, a comparação tinha importância real.

Para começar, o grupo fez um rastreio a 120 células sem as danificar, com o objectivo de medir a consistência entre unidades. Em seguida, submeteu as baterias a condições próximas do uso no mundo real, variando a corrente eléctrica e executando ensaios num amplo intervalo de temperaturas.

Antes de, por fim, abrirem as células e observarem directamente os materiais, recorreram a raios X para mapear a estrutura interna.

Rival de bateria de sódio identificado

A primeira surpresa foi a semelhança entre as células. Ao longo das 120 unidades, a variação da resistência eléctrica ficou em pouco mais de 5% - uma dispersão reduzida que aponta para um fabrico cuidadoso e repetível, e não para um produto ainda numa fase experimental.

Essa uniformidade apanhou os investigadores de surpresa. O desempenho e a qualidade de construção ficaram ao nível de baterias de iões de lítio de ponta - um patamar que não se esperava que a tecnologia de sódio atingisse tão cedo.

No interior, o desenho lembrava a abordagem da própria Tesla. As células usavam uma arquitectura “tabless”, com alumínio em ambos os lados do percurso interno de corrente - uma solução que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de forma mais uniforme pelo conjunto.

O facto de terem chegado, de forma independente, a uma arquitectura tão semelhante foi um sinal de maturidade de engenharia. O destaque principal não foi apenas a química, mas sim a qualidade de produção.

Um enigma com cobre

A seguir surgiu a parte verdadeiramente invulgar. Ao analisarem o eléctrodo positivo - a componente que armazena e liberta carga durante a utilização - a equipa detectou cobre em quantidades irregulares e inesperadamente elevadas em certas zonas.

Até este trabalho, não existia registo deste padrão específico numa célula comercial de sódio. O cobre não aparecia misturado de forma homogénea no material.

Dentro de partículas individuais, o cobre estava separado dos restantes metais do composto. Em vez de uma distribuição uniforme, ocupava uma zona distinta - um isolamento espacial que os investigadores não antecipavam.

O que o cobre está ali a fazer continua por esclarecer. As análises mostraram a separação de forma inequívoca, mas ainda não se sabe se melhora o desempenho, se encurta a vida útil, ou se contribui para ambos os efeitos.

Schütte descreveu o achado como algo que levanta questões relevantes sobre o papel do metal no desempenho e no envelhecimento destas células.

Onde fica aquém

Apesar dos bons resultados, a bateria mostrou fragilidades claras. A densidade de energia - quanta carga uma célula consegue armazenar por unidade de volume e de massa - permanece abaixo das melhores células de iões de lítio, o que implica mais volume e peso para obter a mesma autonomia.

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

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

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

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

Porque é que o sódio atrai

O interesse no sódio está, antes de mais, ligado ao abastecimento. O lítio é distribuído de forma desigual, tem vindo a encarecer e, segundo previsões de analistas do sector, poderá não chegar para acompanhar a procura à medida que os veículos eléctricos e o armazenamento na rede continuam a aumentar.

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 as pressões na cadeia de fornecimento que pairam sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de abastecimento de baterias mostra até que ponto o cenário do lítio está a ficar limitado.

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

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

O caminho à frente para o sódio

A conclusão é concreta. Uma bateria comercial de sódio - produzida em escala e já vendida hoje - consegue aproximar-se de células premium de iões de lítio em consistência, potência e capacidade de descarga em tempo frio.

Era algo que muitos no sector suspeitavam que iria acontecer, mas que ainda não tinha sido confirmado num produto já entregue no mercado. Para um elemento tão barato e tão comum, é um marco significativo.

A descoberta do cobre dá aos investigadores uma nova pista. Futuros projectos de sódio poderão tentar eliminar tanto o níquel como o cobre, enquanto elevam a densidade de energia, e compreender por que razão o cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas “receitas”.

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

Para condutores e operadores de rede, o impacto prático ainda está mais à frente. Se a fraqueza no carregamento a frio for resolvida e a diferença de densidade de energia 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 automóveis, sem depender de um fornecimento de lítio pressionado e caro.