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Os carros que queimam gasolina e diesel devem ser substituídos por alternativas renováveis para que a crise climática seja superada. Os veículos elétricos (EVs) são amplamente vistos como a melhor opção disponível.
Isto porque os VE podem ser alimentados por eletricidade renovável da rede, evitando a necessidade de combustíveis fósseis. Eles podem armazenar e liberar essa energia com eficiência próxima de 100%, enquanto o motor de combustão interna na maioria dos carros modernos só pode converter de forma útil cerca de 30% da energia do combustível. Os VEs também podem ser recarregados milhares de vezes, oferecendo quilometragem vitalícia semelhante à dos carros convencionais.
Este feito de engenharia é possível graças à bateria recarregável.
O íon de lítio é a tecnologia de bateria de maior desempenho disponível comercialmente. Mas a procura por estas baterias está a disparar e o custo das matérias-primas para as fabricar é elevado – só o preço do carbonato de lítio aumentou dez vezes entre o final de 2020 e 2022. Com mais de 84% dos depósitos de lítio conhecidos concentrados na Argentina, Austrália, Chile e China , garantir as matérias-primas para baterias de íons de lítio pode ser difícil e caro para os fabricantes.
Felizmente, as baterias baseadas em iões de sódio em vez de lítio poderiam superar estes problemas – e, em última análise, levar a VEs mais baratos de comprar.
Íon de sódio versus íon de lítio
Uma bateria pode ser vista como um sanduíche: seus dois eletrodos (chamados cátodo e ânodo) são como fatias de pão contendo um recheio eletrolítico. O eletrólito é normalmente um líquido que embebe cada um dos eletrodos e contém uma alta concentração de íons dissolvidos nele.
Quando a bateria está sendo recarregada, os íons se movem em direção ao ânodo e ficam armazenados em seu interior até que a energia seja necessária. Quando o carro é ligado, eles voltam para o cátodo, gerando uma corrente elétrica através do circuito externo que alimenta os motores que impulsionam o carro para frente.
O lítio é o melhor elemento para usar, pois os íons são pequenos e leves. Isso significa que eles podem ser embalados firmemente dentro dos eletrodos e se mover rapidamente, produzindo baterias capazes de carregar em apenas 20 minutos.
Mas em segundo lugar está o sódio.
Posicionado imediatamente abaixo do lítio na tabela periódica, o sódio compartilha muitas propriedades químicas, como a capacidade de se mover rapidamente através dos materiais da bateria. Mas beneficia de ser 1.000 vezes mais abundante na Terra do que o lítio.
O principal material para a fabricação de baterias de íons de sódio, o carbonato de sódio (ou carbonato de sódio), pode ser encontrado em rochas e salmouras de lagos salgados ou pode ser produzido em fábricas a partir de calcário e sal. Ambos os minerais são amplamente acessíveis e praticamente inesgotáveis.
Timo Volz/Unsplash, CC BY
A mudança de baterias de lítio para baterias de íon de sódio poderia reduzir a dependência de minerais críticos e produzir baterias mais baratas. Mas eles ainda são bons o suficiente para alimentar EVs?
Com uma única carga completa, as mais recentes baterias de iões de lítio podem alimentar um EV durante cerca de 300-400 milhas.
Infelizmente, os íons de sódio são três vezes mais pesados e um terço maiores que os íons de lítio. Isso significa que os eletrodos das baterias de íon de sódio devem ser mais grossos e pesados para reter a mesma quantidade de energia.
Benefícios de custo
Inovações recentes significam que as baterias de sódio estão começando a rivalizar com alguns sistemas de íons de lítio, em particular aqueles que usam cátodos de fosfato de ferro-lítio, conhecidos na indústria como LFP. Embora as baterias contendo LFP não possam armazenar energia tão densamente como a melhor tecnologia da sua classe, estas baterias são de importância crescente, uma vez que são normalmente cerca de 20% mais baratas.
Embora uma variedade de cátodos de íons de sódio esteja sendo desenvolvida, as baterias que contêm mais energia usam cátodos de óxido em camadas. Essas baterias são boas o suficiente para fornecer veículos elétricos de passageiros mais baratos, com capacidade de 150-250 milhas. Análises recentes mostraram que as mais recentes baterias de iões de sódio podem até reduzir o custo das baterias LFP graças às suas matérias-primas mais baratas.
O resultado é que a tecnologia de iões de sódio pode fornecer veículos elétricos de baixo custo com autonomia suficiente para se adequarem, em particular, aos passageiros e aos condutores urbanos.
A China já reconheceu este potencial. A empresa chinesa de baterias CATL revelou recentemente que pretende fornecer à fabricante chinesa de automóveis Chery baterias de íon de sódio para um novo modelo EV. Dois outros fabricantes chineses, o grupo HiNa e JAC, também anunciaram um modelo movido a sódio capaz de atingir um alcance de 250 quilômetros, supostamente vendido por cerca de US$ 10.000 (£ 8.220) na China.
Chuttersnap/Unsplash, CC BY
As perspectivas para EVs de íon de sódio
Ainda há um escopo significativo para melhorar a densidade energética das baterias de íons de sódio.
Um gargalo é o cátodo. Os melhores materiais de cátodo de óxido em camadas podem armazenar apenas cerca de metade dos íons de sódio do ânodo, o que significa efetivamente que o dobro de material de cátodo deve ser usado para equilibrar ambos os lados do sanduíche, aumentando o peso da bateria.
Estão em curso pesquisas para desenvolver novos materiais catódicos que possam armazenar mais iões de sódio na sua estrutura e fornecer uma saída de tensão mais elevada, traduzindo-se em melhores autonomias de condução de veículos elétricos.
As baterias de íon de sódio estão agora começando a entrar no mercado de EV. Ainda não se sabe até onde irão na competição com baterias de lítio de menor alcance e isso depende dos ventos contrários económicos e dos avanços da ciência dos materiais.
Você pode ter certeza, pelo menos, de que ouvirá muito mais sobre EVs de íon de sódio.
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