Desmontagem revela bateria de sódio da Hina Battery à altura das da Tesla

Os carros eléctricos dependem de um material difícil de extrair, distribuído de forma desigual pelo planeta e que tem ficado mais caro trimestre após trimestre. O lítio está no centro de quase todas as baterias que sustentam a mudança para lá da gasolina, e o sector partiu, em grande medida, do princípio de que ainda não existe nada pronto para o substituir.

Uma empresa chinesa de baterias não concordou com essa ideia. A Hina Battery desenvolveu uma célula baseada em sódio, colocou-a em produção comercial e começou a fornecê-la tanto para automóveis como para sistemas de armazenamento na rede.

Depois, uma equipa de investigadores alemães abriu uma dessas baterias para perceber como se comparava com as baterias da Tesla. O resultado foi um rival em tecnologia de sódio com um desempenho acima do que muitos especialistas antecipavam.

Por dentro da desmontagem

A bateria analisada é da Hina Battery, cujas células já alimentam carros e grandes instalações de armazenamento de energia em toda a China. Em vez de 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, na Alemanha, quis avaliar como este produto comercial se posicionava face às células de iões de lítio da Tesla. Como as células da Tesla são frequentemente tratadas como referência do sector, esta comparação tinha um peso considerável.

Para começar, o grupo fez uma varrimento a 120 células sem as danificar, para medir a consistência entre unidades. Em seguida, submeteu as baterias a condições próximas das de utilização real, variando a corrente eléctrica e realizando ensaios numa ampla gama de temperaturas.

Antes de as abrir, os investigadores recorreram a raios X para mapear a estrutura interna; só depois desmontaram as células para observar directamente os materiais no interior.

Foi encontrado um rival em bateria de sódio

A primeira surpresa foi a semelhança entre as células. Nas 120 unidades, a variação na resistência eléctrica ficou pouco acima de 5% - uma dispersão reduzida, típica de fabrico controlado e repetível, e não de um produto inicial ainda irregular.

Essa uniformidade apanhou a equipa de surpresa. Em desempenho e qualidade de construção, o conjunto ficou ao nível das baterias de iões de lítio mais avançadas - um patamar que não se esperava ver tão cedo numa tecnologia de sódio.

No interior, a arquitectura lembrava a abordagem da própria Tesla. As células recorriam a um desenho sem separadores (tabless), com alumínio em ambos os lados do percurso interno de corrente, uma configuração que reduz a resistência e ajuda a distribuir o calor de forma mais homogénea ao longo da célula.

O facto de a Hina Battery ter chegado, de forma independente, a uma arquitectura semelhante foi interpretado como sinal de maturidade de engenharia. O destaque acabou por ser a qualidade de produção, não apenas a química.

Um enigma com cobre

Seguiu-se a parte verdadeiramente invulgar. Ao analisarem o eléctrodo positivo - o componente que armazena e liberta carga durante o funcionamento - os investigadores detectaram cobre em quantidades desiguais e inesperadamente elevadas em determinadas zonas.

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

No interior de partículas individuais, o cobre surgia separado dos outros metais presentes na composição. Ocupava uma zona própria, em vez de se distribuir de forma homogénea - um isolamento espacial que a equipa não estava à espera de encontrar.

O papel desse cobre continua por esclarecer. As imagens mostram a separação com clareza, mas ainda não se sabe se melhora o desempenho, se encurta a vida útil, ou se poderá ter efeitos mistos.

Schütte descreveu-o como um resultado que levanta questões relevantes sobre o papel do metal no desempenho e no envelhecimento destas células.

Onde fica aquém

Apesar das boas notas, a bateria evidenciou limitações claras. A densidade energética - quanta carga uma célula consegue armazenar para o seu tamanho e peso - continua abaixo das melhores células de iões de lítio, o que implica mais volume para obter a mesma autonomia.

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

Carregar sob o mesmo frio contou outra história: esse valor caiu para pouco mais de metade.

A diferença ajuda a identificar o principal ponto a melhorar. Uma bateria que descarrega bem a baixas temperaturas, mas que tem dificuldade em recarregar nas mesmas condições, serve para algumas aplicações e torna-se frustrante noutras.

Schütte sublinhou que carregamentos frequentes em ambientes frios exigiriam uma gestão térmica cuidadosa ou estratégias de operação mais inteligentes para contornar este problema.

Porque é que o sódio atrai

A atracção pelo sódio começa na oferta. O lítio está distribuído de forma desigual, tem vindo a encarecer e, segundo previsões de analistas do sector, poderá ficar aquém da procura à medida que os veículos eléctricos e o armazenamento na rede continuem a crescer.

O sódio evita grande parte dessa pressão. 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 tensões na cadeia de abastecimento que pairam sobre o mercado do lítio.

Um relatório sobre cadeias de abastecimento de baterias ilustra até que ponto o cenário do lítio está a tornar-se limitado.

Estas células também lidam de forma razoável com exigências elevadas em ambiente frio. Esse desempenho reforça a tese deste rival em bateria de sódio para armazenamento estacionário e para veículos que operam em climas frios.

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

O caminho do sódio daqui para a frente

A conclusão é concreta: uma bateria comercial de sódio - produzida em escala e vendida hoje - já se aproxima de células premium de iões de lítio em uniformidade, potência e desempenho de descarga em tempo frio.

Era algo que o sector suspeitava que pudesse acontecer, mas que ainda não tinha sido confirmado num produto já em circulação. Para um elemento tão barato e tão comum, isso é um marco relevante.

A presença de cobre abre uma nova linha de investigação. Futuras formulações de sódio poderão tentar eliminar tanto o níquel como o cobre, ao mesmo tempo que elevam a densidade energética; perceber porque é que o cobre se separou daquela forma pode orientar essas próximas “receitas”.

Schütte antecipa que os maiores ganhos virão do desenvolvimento de melhores materiais para eléctrodos e 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 energia for reduzida, o sódio deixa de ser apenas uma alternativa económica.

A tecnologia de baterias de sódio passa então a ser um rival sério - uma via mais barata para armazenar energia e mover carros, sem depender de um fornecimento de lítio pressionado e caro.