Bateria de íons de sódio recarrega em segundos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2024

A solução híbrida, marcada em vermelho no gráfico (This work), superou a concorrência em todos os quesitos.
[Imagem: Jong Hui Choi et al. - 10.1016/j.ensm.2024.103368 ]

Bateria de sódio

Engenheiros coreanos construíram um protótipo de bateria de sódio que pode ser recarregada de modo extremamente rápida, em uma escala não vista em nenhum outro tipo de bateria.

Assim como acontece com as baterias baseadas em lítio, as baterias de sódio podem ser fabricadas com diferentes tecnologias, como íons de sódio, baterias de sódio de estado sólido, baterias sódio-ar e baterias de sódio-enxofre.

Mas todas têm uma grande vantagem em relação ao lítio: O sódio é muito mais abundante e mais barato, podendo ser extraído da água do mar. No entanto, também há desafios, com as baterias de íons de sódio desenvolvidas até agora apresentando limitações importantes, incluindo menor produção de energia, propriedades de armazenamento restritas e tempos de carregamento mais longos.

Jong Choi e colegas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul (KAIST) enfrentaram todos esses problemas de uma vez só desenvolvendo uma nova geração de materiais de armazenamento de energia.

O inovador sistema híbrido de armazenamento integra materiais anódicos normalmente usados em baterias, com cátodos geralmente usados em supercapacitores - as baterias têm elevada densidade de energia, enquanto os capacitores carregam e descarregam muito rapidamente. Esta combinação permite que a bateria atinja altas capacidades de armazenamento e rápidas taxas de carga e descarga, posicionando-a como uma alternativa viável de próxima geração às baterias de íons de lítio.

A equipe reconstruiu todo o material usado nos polos positivo e negativo, pegando o melhor das baterias e o melhor dos supercapacitores.
[Imagem: Jong Hui Choi et al. - 10.1016/j.ensm.2024.103368 ]

Bateria híbrida

A equipe utilizou duas estruturas metal-orgânicas (MOFs) para criar um material anódico com cinética otimizada pela inclusão de materiais ativos finos de carbono poroso, e um material catódico igualmente com uma capacidade inédita. A combinação dos dois materiais permitiu criar um sistema de armazenamento de íons de sódio otimizando o equilíbrio e minimizando as disparidades nas taxas de armazenamento de energia entre os eletrodos.

A bateria resultante - na verdade um híbrido de bateria e capacitor - superou a densidade de energia das baterias comerciais de íons de lítio e apresentou as características da densidade de potência dos supercapacitores, com uma densidade de energia de 247 Wh/kg, uma densidade de potência de 34.748 W/kg e uma taxa de recarregamento até 100 vezes mais rápido do que as baterias atuais.

E, apesar de ainda estar em escala de laboratório, a bateria híbrida apresentou uma estabilidade de ciclo com eficiência coulombiana de quase 100% após 5.000 ciclos de carga-descarga, o que mostra que a tecnologia é muito robusta.

Isso a torna adequada para aplicações que exigem recarregamento rápido, dos veículos elétricos aos aparelhos eletrônicos portáteis e até tecnologias aeroespaciais.

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