Bateria de sódio da Hina Battery enfrenta as baterias da Tesla

Carros eléctricos dependem de um material que é difícil de extrair, mal distribuído pelo planeta e que fica mais caro a cada trimestre. O lítio está no centro de quase todas as baterias que impulsionam a transição para longe da gasolina, e o sector em geral partiu do princípio de que nada estaria pronto para o substituir.

Uma fabricante chinesa de baterias contestou essa premissa. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, levou-a à produção comercial e já a enviou para automóveis e para sistemas de armazenamento de energia na rede.

Depois, um grupo de investigadores alemães abriu uma dessas células para avaliar como ela se comparava às baterias da Tesla. O que viram foi um rival em sódio com um desempenho acima do que muitos especialistas imaginavam.

Por dentro do teardown

A bateria analisada é da Hina Battery, cujas células já alimentam carros e grandes instalações de armazenamento de energia em várias regiões da China. No lugar do 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 (Alemanha), quis medir como este produto comercial se posicionava face às células de iões de lítio da Tesla. Como essas células são amplamente tratadas como referência do mercado, a comparação tinha um peso real.

Para começar, o grupo fez varrimentos em 120 células sem as danificar, a fim de verificar o quão consistentes eram entre si. Em seguida, submeteu as baterias a condições próximas do uso real, variando a corrente eléctrica e executando ensaios numa ampla faixa de temperaturas.

Antes de abrir as unidades, os investigadores usaram raios X para mapear a estrutura interna. Só então desmontaram as células para inspeccionar directamente os materiais e componentes.

Rival em bateria de sódio encontrado

A primeira constatação foi o quanto as células se pareciam, no conjunto. Considerando as 120 unidades, a variação na resistência eléctrica ficou em pouco mais de 5% - uma dispersão pequena que aponta para um processo de fabrico cuidadoso e repetível, e não para um produto inicial ainda “áspero”.

Essa uniformidade surpreendeu a equipa. O desempenho e a qualidade de construção ficaram ao nível de baterias de iões de lítio de última geração - uma marca que não se esperava que a tecnologia de sódio atingisse tão cedo.

No interior, o desenho lembrava a abordagem da própria Tesla. As células adoptavam uma arquitectura sem abas (tabless) e utilizavam alumínio em ambos os lados do caminho interno de corrente, uma solução que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de forma mais homogénea dentro da célula.

Chegar de forma independente a uma arquitectura semelhante foi um sinal de maturidade do projecto. O destaque, aqui, foi a qualidade de produção - e não apenas a química.

Um enigma com cobre

A parte realmente inesperada apareceu quando a equipa examinou o eléctrodo positivo - a região da bateria que armazena e liberta carga durante o funcionamento. Em certas áreas, surgiu cobre em quantidades desiguais e surpreendentemente elevadas.

Até este estudo, ninguém tinha descrito este padrão específico numa célula comercial de sódio. O cobre não estava distribuído de modo uniforme por todo o material.

Dentro de partículas individuais, o cobre aparecia separado dos outros metais presentes na mistura. Em vez de uma dispersão homogénea, ocupava uma zona própria - um isolamento espacial que os investigadores não antecipavam.

O que, exactamente, esse cobre faz ali continua sem resposta. As imagens mostraram a separação com clareza, mas ainda não está definido se isso favorece o desempenho, encurta a vida útil, ou produz um pouco de ambos.

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

Onde ela fica para trás

Apesar dos bons resultados, a bateria revelou limitações evidentes. A densidade de energia - quanta carga cabe no volume e no peso de uma célula - ainda fica abaixo das melhores baterias de iões de lítio, o que implica mais massa e volume para obter a mesma autonomia.

O frio expôs o limite mais nítido. Ao descarregar a bateria a -20 °C (-4 °F), ela ainda entregou mais de 80% da energia utilizável.

Já carregar sob o mesmo frio foi outra história: esse valor caiu para pouco mais de metade.

Essa diferença indica onde a tecnologia mais precisa avançar. Uma bateria que consegue fornecer energia no frio, mas tem dificuldade para recarregar nessas condições, serve bem alguns usos e frustra noutros.

Schütte observou que recargas frequentes a baixas temperaturas exigiriam uma gestão térmica cuidadosa ou estratégias operacionais mais inteligentes para contornar o problema.

Por que o sódio atrai

O interesse pelo sódio está ligado sobretudo ao abastecimento. O lítio é distribuído de forma desigual, está a ficar mais caro e, segundo previsões de analistas do sector, pode não acompanhar a procura à medida que veículos eléctricos e armazenamento na rede continuem a escalar.

O sódio contorna grande parte desse gargalo. É abundante, fácil de obter e muito mais barato de extrair - características que podem reduzir o custo das matérias-primas para fabricantes e aliviar as pressões de cadeia de fornecimento que pairam sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de fornecimento de baterias descreve o quanto esse cenário do lítio está a tornar-se restrito.

Estas células também suportam exigências elevadas no frio com resultados razoáveis. Esse comportamento reforça o argumento para este rival em bateria de sódio tanto em armazenamento estacionário quanto em veículos que operam em climas mais frios.

Schütte vê o uso mais forte no curto prazo em serviços de rede, armazenamento de backup e veículos comerciais ou de menor autonomia, em que manter custos baixos pesa mais do que extrair autonomia máxima.

O caminho à frente para o sódio

A conclusão prática é clara: uma bateria comercial de sódio - fabricada em escala e vendida hoje - já se compara a células premium de iões de lítio em uniformidade, potência e entrega de energia em clima frio.

Era algo que o campo suspeitava que chegaria, mas que ainda não tinha sido confirmado num produto efectivamente enviado ao mercado. Para um elemento tão barato e tão comum, isso é um marco.

A descoberta do cobre dá aos investigadores um novo fio para puxar. Projectos futuros de sódio podem procurar eliminar tanto o níquel quanto o cobre, ao mesmo tempo que elevam a densidade de energia; compreender por que o cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas “receitas”.

Schütte espera que os maiores ganhos venham do desenvolvimento de melhores materiais de eléctrodo e de electrólitos.

Para condutores e operadores de rede, o impacto prático ainda está à frente. Se a fraqueza no carregamento a frio for corrigida e a diferença de energia diminuir, 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.