Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nagoya (NITech) no Japão demonstraram que um material específico pode atuar como um componente de bateria eficiente para baterias de íon de sódio que competirão com baterias de íon de lítio por várias características de bateria, especialmente velocidade de carga.

A descoberta foi publicada em Relatórios Científicos em novembro de 2018 e o estudo foi liderado por Naoto Tanibata, Ph.D., um Professor Assistente do Departamento de Cerâmica Avançada da NITech.

As baterias de íon de lítio populares têm vários benefícios - são recarregáveis ​​e têm um amplo espectro de aplicações. Eles são usados ​​em dispositivos como laptops e telefones celulares, bem como em carros híbridos e totalmente elétricos. O veículo elétrico - sendo uma tecnologia vital para combater a poluição em áreas rurais e também proporcionar um transporte limpo e sustentável - é um ator importante nos esforços para resolver as crises energética e ambiental. Uma desvantagem do lítio é o fato de ser um recurso limitado. Não só é caro, mas sua produção anual é (tecnicamente) limitada (devido ao processo de secagem). Dada a maior demanda por dispositivos movidos a bateria e, principalmente, carros elétricos, a necessidade de encontrar uma alternativa ao lítio - que seja barata e abundante - está se tornando urgente.

As baterias de íon de sódio são uma alternativa atraente às baterias de íon à base de lítio por vários motivos. O sódio não é um recurso limitado - é abundante na crosta terrestre e também na água do mar. Também, os componentes à base de sódio têm a possibilidade de gerar um tempo de carregamento muito mais rápido, devido ao projeto de estrutura de cristal apropriado. Contudo, o sódio não pode ser simplesmente trocado pelo lítio usado nos materiais atuais da bateria, pois tem um tamanho de íon maior e uma química ligeiramente diferente. Portanto, os pesquisadores têm a tarefa de encontrar o melhor material para bateria de íon de sódio entre um grande número de candidatos por meio de uma abordagem de tentativa e erro.

Cientistas da NITech encontraram uma maneira racional e eficiente de contornar esse problema. Depois de extrair cerca de 4300 compostos de um banco de dados de estrutura de cristal e seguir um cálculo de alto rendimento desses compostos, um deles rendeu resultados favoráveis ​​e foi, portanto, um candidato promissor como um componente de bateria de íon de sódio. Os pesquisadores identificaram que o Na ₂ V ₃ O ₇ demonstra desempenho eletroquímico desejável, bem como estruturas cristalinas e eletrônicas. Este composto promete desempenho de carregamento rápido, pois pode ser carregado de forma estável em 6 min. Os pesquisadores também demonstraram que o composto produz uma bateria de longa duração, bem como um curto tempo de carregamento.

"Nosso objetivo era enfrentar o maior obstáculo que as baterias de grande escala enfrentam em aplicações como carros elétricos que dependem fortemente de longas durações de carga. Abordamos o problema por meio de uma pesquisa que produziria materiais eficientes o suficiente para aumentar o desempenho da bateria".

Apesar das características favoráveis ​​e do impacto geral desejado nas baterias de íon de sódio, os pesquisadores descobriram que o Na ₂ V ₃ O ₇ sofreu deterioração nas fases finais de carregamento, o que limita a capacidade de armazenamento prático à metade do teórico. Como tal, em seus experimentos futuros, os pesquisadores pretendem se concentrar em melhorar o desempenho deste material para que ele possa permanecer estável durante toda a duração das fases de carregamento. "Nosso objetivo final é estabelecer um método que nos permitirá projetar materiais de bateria de forma eficiente por meio de uma combinação de métodos computacionais e experimentais, "Dr. Tanibata acrescenta.