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Da água do mar à eletricidade: qual é a incrível história por trás do desenvolvimento das baterias de íons de sódio?
Diante da onda de transformação energética global, as baterias de íons de sódio (NIBs) estão gradualmente substituindo as baterias tradicionais de íons de lítio e são consideradas uma escolha importante para a futura tecnologia de armazenamento de energia. Com a abundância natural e as propriedades ecologicamente corretas do sódio, a comercialização dessa tecnologia tem ganhado forte impulso, e muitas empresas têm explorado e inovado ativamente nesse campo.
As baterias de íons de sódio usam íons de sódio (Na+) como portadores de carga e são semelhantes às baterias de íons de lítio em termos de princípio de funcionamento e estrutura da bateria, mas substituem o lítio, mais caro e menos disponível.
O sódio ocorre naturalmente na água do mar, tornando a matéria-prima para esse novo tipo de bateria mais facilmente disponível. Além disso, em comparação com o cobalto, o cobre e o níquel comumente usados em baterias de íons de lítio, as baterias de íons de sódio podem usar materiais mais ricos em ferro, como NaFeO2, o que não apenas reduz custos, mas também reduz impactos adversos ao meio ambiente.
O desenvolvimento das baterias de íons de sódio pode ser rastreado até a década de 1990. Embora tenha sido um tanto silencioso no início dos anos 2000 devido à rápida maturidade da tecnologia de íons de lítio, tornou-se popular em 2010 devido ao alto preço do lítio e o impacto negativo de sua mineração no meio ambiente. A era recuperou a atenção. Isso indica que essa tecnologia entrou na fase de comercialização e o número de pedidos de patentes está aumentando.
Histórico de desenvolvimento
A história das baterias de íons de sódio pode ser rastreada até as décadas de 1970 e 1980, mas depois de entrar na década de 1990, as baterias de íons de lítio tiveram maior potencial comercial, então o entusiasmo pela pesquisa por baterias de íons de sódio diminuiu gradualmente. Foi somente no início da década de 2010 que as baterias de íons de sódio desencadearam novamente uma onda de investimentos e pesquisas, à medida que o custo das matérias-primas de lítio continuava a aumentar, e muitas empresas começaram a acelerar o ritmo de comercialização de baterias de íons de sódio.
Como funciona
Os componentes da bateria de íons de sódio consistem em um eletrodo positivo feito de um material à base de sódio, um eletrodo negativo que pode ser um material não à base de sódio e um eletrólito líquido contendo sal de sódio dissociado. Durante a carga, os íons de sódio se movem do eletrodo positivo para o negativo, e os elétrons fluem através do circuito externo, enquanto durante a descarga, esse processo é obviamente revertido. Isso fornece uma maneira confiável de armazenar e liberar energia.
Seleção de materiais
As escolhas de materiais para baterias de íons de sódio são muito diferentes daquelas para baterias de íons de lítio porque as propriedades físicas e eletroquímicas do sódio exigem blocos de construção diferentes. Em termos de eletrodo negativo, o material de carbono duro é o mais comumente usado, que tem boas propriedades de armazenamento de sódio e pode fornecer uma densidade de energia de 300 mAh/g. Ainda mais emocionante é que o carbono duro dopado com nitrogênio deverá atingir uma capacidade de 520 mAh/g no futuro.
"O desenvolvimento de baterias de íons de sódio é tanto um reflexo do progresso tecnológico quanto uma resposta aos desafios ambientais."
Processo de comercialização
Atualmente, várias empresas ao redor do mundo estão trabalhando na comercialização de baterias de íons de sódio, incluindo a chinesa HiNa e CATL, a britânica Faradion, a sueca Northvolt e a americana Natron Energy. Essas empresas aceleraram a industrialização de baterias de íons de sódio e estão explorando amplas aplicações em áreas como armazenamento de energia em rede e veículos elétricos.
Desafios
Embora as baterias de íons de sódio tenham vantagens em tecnologia e custos de matéria-prima, elas ainda enfrentam alguns desafios. Comparado ao lítio, o raio iônico maior do sódio resulta em uma cinética de intercalação mais lenta, o que afeta a velocidade de carga e descarga da bateria. Além disso, a aplicação de baterias de íons de sódio em veículos elétricos continua desafiadora, embora algumas empresas já estejam explorando esse caminho.
Perspectivas futuras
No futuro, espera-se que as baterias de íons de sódio desempenhem um papel mais importante na tecnologia de armazenamento de energia e nos veículos elétricos. Com a aceleração da pesquisa e desenvolvimento e a promoção da energia sustentável por governos ao redor do mundo, a comercialização e a maturidade tecnológica das baterias de íons de sódio desencadearão uma revolução energética mais ampla.
O potencial das baterias de íons de sódio desempenha um papel vital em nossa futura transição energética global?
