Um artigo publicado na revista Nano Energy apresenta uma proposta para tornar as baterias mais sustentáveis. O estudo mostra que a combinação de pequenas quantidades de lítio com sistemas baseados principalmente em sódio pode melhorar o desempenho desses dispositivos, abrindo caminho para alternativas mais acessíveis e ambientalmente favoráveis.

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As baterias são componentes essenciais da vida moderna. Elas alimentam celulares, computadores, veículos elétricos e inúmeros outros equipamentos utilizados diariamente. Atualmente, a tecnologia de íon-lítio domina esse mercado graças à sua elevada capacidade de armazenamento de energia.

Em resumo:

• Estudo propõe baterias com predomínio de sódio sobre o lítio;
• Sódio abundante reduz a dependência de materiais mais escassos;
• Pequena quantidade de lítio melhora desempenho e armazenamento;
• Testes mostraram capacidade elevada e boa estabilidade operacional;
• Tecnologia pode viabilizar baterias sustentáveis, eficientes e acessíveis.

Baterias de lítio e sódio: prós e contras

Apesar da eficiência, o lítio apresenta desafios significativos. Sua extração pode causar impactos ambientais significativos, além de depender de reservas concentradas em poucas regiões do planeta. Essa limitação gera preocupações relacionadas ao fornecimento futuro e aos custos de produção.

Diante desse cenário, pesquisadores buscam alternativas capazes de reduzir a dependência do lítio. Uma das opções mais promissoras é o sódio, elemento abundante na natureza e disponível em grandes quantidades em diversas partes do mundo.

No entanto, as baterias de íon-sódio têm uma desvantagem importante. Elas armazenam menos energia em relação ao peso e ao volume quando comparadas às baterias de íon-lítio. Essa característica limita seu uso em aplicações que exigem alto desempenho.

Nos veículos elétricos, por exemplo, uma densidade energética menor pode reduzir a autonomia entre recargas. Em notebooks, tablets e smartphones, isso poderia resultar em baterias maiores e mais pesadas para oferecer o mesmo tempo de funcionamento.

Combinação química busca superar limitações das baterias atuais

Com o objetivo de superar esse obstáculo, uma equipe liderada pelo pesquisador de pós-doutorado  Syed Abdul Ahad, do Instituto Bernal, da Universidade de Limerick, na Irlanda, desenvolveu uma tecnologia que combina características dos dois elementos. 

A proposta consiste na criação de uma bateria conhecida como bateria de cátion duplo. Nesse sistema, dois tipos de íons carregados positivamente participam do armazenamento e da transferência de energia, em vez de apenas um.

Os cientistas utilizaram íons de sódio e de lítio trabalhando em conjunto. Segundo Ahad, a ideia era aproveitar a abundância do sódio sem abrir mão das vantagens oferecidas pelo lítio em termos de desempenho eletroquímico.

Uma bateria funciona por meio de reações químicas que ocorrem entre dois eletrodos. O ânodo corresponde ao terminal negativo, enquanto o cátodo é o terminal positivo. Entre eles existe o eletrólito, responsável pelo transporte dos íons.

Nos experimentos iniciais, os pesquisadores adicionaram uma pequena quantidade de sal de lítio a um eletrólito composto predominantemente por sódio. A mudança provocou um efeito expressivo no funcionamento da bateria.

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Os testes mostraram que a capacidade de armazenamento praticamente dobrou em comparação com baterias de sódio de última geração. Além disso, o sistema manteve estabilidade durante cerca de mil ciclos de carga e descarga.

Os ciclos representam o processo completo de utilização e recarga da bateria. Quanto maior o número de ciclos suportados sem perda significativa de desempenho, maior tende a ser a vida útil do equipamento.

Segundo os pesquisadores, a explicação para os resultados está relacionada ao tamanho reduzido dos íons de lítio. Como são menores, eles conseguem se movimentar mais facilmente pelos materiais presentes no ânodo.

Esse deslocamento facilita a circulação dos íons de sódio, reduzindo barreiras que normalmente dificultam o armazenamento de energia. Como consequência, uma quantidade maior de carga consegue ser armazenada dentro da bateria.

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O sódio também desempenha um papel importante no processo. Ele ajuda a evitar que parte dos íons de lítio fique presa nos materiais após a descarga, preservando a eficiência das reações químicas ao longo do tempo.

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Depois dos testes iniciais, a tecnologia foi aplicada em uma célula completa de bateria. Nessa etapa, o sistema manteve cerca de 70% da capacidade original após 200 ciclos de utilização.

O desempenho foi superior ao observado em sistemas compostos exclusivamente por sódio. “Isso garante que a bateria continue sendo fundamentalmente um sistema de íons de sódio”, afirma Ahad.

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Os pesquisadores acreditam que a inovação poderá contribuir para a expansão das energias renováveis. A solução também reduz a dependência de materiais como cobalto e níquel, frequentemente utilizados em baterias modernas e associados a custos elevados.

Outro diferencial do projeto é a utilização de um cátodo baseado em sulfeto de ferro. Como o ferro e o sódio são elementos abundantes, existe potencial para reduzir os custos de fabricação e facilitar a produção em larga escala.

Apesar dos resultados promissores, ainda há desafios a serem superados. O protótipo utiliza germânio no ânodo, um material relativamente caro que pode dificultar a viabilidade comercial da tecnologia.

Por isso, os pesquisadores estudam alternativas mais acessíveis, como o silício. Esse material possui potencial para armazenar íons de lítio e sódio de forma eficiente durante os processos de carga e descarga.

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Os cientistas também trabalham no desenvolvimento de novos cátodos capazes de operar em tensões mais elevadas. O objetivo é aumentar ainda mais a densidade energética e o desempenho geral das baterias.

Embora ainda esteja em fase experimental, a pesquisa demonstra que a combinação equilibrada entre sódio e lítio pode representar uma alternativa promissora para o futuro do armazenamento de energia. Se os desafios técnicos forem superados, essa tecnologia poderá contribuir para baterias mais sustentáveis, eficientes e acessíveis para diferentes aplicações.