Bateria de sódio da Hina Battery desafia as baterias de lítio da Tesla em carros elétricos

Os carros elétricos dependem de um material difícil de extrair, distribuído de forma desigual pelo planeta e que fica mais caro a cada trimestre. O lítio está no centro de quase todas as baterias que impulsionam a transição para longe da gasolina, e o setor em grande parte partiu do princípio de que nada mais estava pronto para substituí-lo.

Uma fabricante chinesa de baterias pensa diferente. A Hina Battery desenvolveu uma célula à base de sódio, colocou-a em produção comercial e já a entregou para carros e sistemas de armazenamento em rede.

Depois, uma equipe de pesquisadores alemães desmontou uma dessas baterias para ver como ela se comparava às baterias da Tesla. O que encontraram foi uma concorrente de sódio com desempenho melhor do que muitos especialistas imaginavam.

Inside the teardown

A bateria analisada é da Hina Battery, cujas células já alimentam carros e grandes instalações de armazenamento de energia na China. Em vez de lítio, essas células usam sódio – o mesmo elemento presente no sal de cozinha.

Uma equipe liderada por Moritz Schütte – pesquisador de baterias da RWTH Aachen University, na Alemanha – quis entender como esse produto comercial se comparava às células de íons de lítio da Tesla. Essas células são amplamente vistas como referência no setor, então a comparação tinha peso real.

Primeiro, o grupo examinou 120 células sem danificá-las, verificando o nível de consistência entre elas. Em seguida, submeteu as baterias a condições de uso do mundo real, variando a corrente elétrica e realizando testes em uma ampla faixa de temperatura.

Raios X mapearam a estrutura interna antes de os pesquisadores finalmente abrirem as células para inspecionar seu conteúdo diretamente.

Sodium battery rival found

A primeira surpresa foi o quanto as células eram parecidas. Em todas as 120 unidades, a variação na resistência elétrica ficou pouco acima de 5% – uma margem pequena que indica uma fabricação cuidadosa e repetível, e não um produto inicial ainda bruto.

Essa uniformidade surpreendeu os pesquisadores. O desempenho e a qualidade de construção ficaram no nível das baterias de íons de lítio mais avançadas – uma marca que a tecnologia de sódio não era esperada atingir tão cedo.

Por dentro, o projeto lembrava a própria abordagem da Tesla. As células usavam um layout sem abas, com alumínio nos dois lados do caminho interno da corrente – uma configuração que reduz a resistência e distribui o calor de maneira mais uniforme pela célula.

Chegar de forma independente à mesma arquitetura mostrou o quanto a engenharia já está madura. A manchete principal não era apenas a química, mas a qualidade de produção.

A copper puzzle

Então veio a parte realmente estranha. Ao examinar o eletrodo positivo – a parte da bateria que armazena e libera carga durante o uso – a equipe encontrou cobre aparecendo em quantidades desiguais e inesperadamente altas em certas regiões.

Até este estudo, ninguém havia documentado esse padrão específico em uma célula comercial de sódio. O cobre não estava distribuído de forma homogênea pelo material.

Dentro de partículas individuais, o cobre aparecia separado dos outros metais da mistura. Ele ocupava uma zona distinta, em vez de formar uma dispersão uniforme – isolado espacialmente de um jeito que os pesquisadores não previam.

O que exatamente o cobre faz ali ainda é uma questão em aberto. A equipe conseguiu ver claramente essa separação nos escaneamentos, mas ainda não está definido se ela ajuda a bateria, prejudica sua vida útil ou faz um pouco dos dois.

Schütte disse que a descoberta levanta questões reais sobre o papel desse metal no desempenho e no envelhecimento dessas células.

Where it falls short

Apesar dos bons resultados, a bateria mostrou fragilidades claras. A densidade de energia – isto é, quanta carga uma célula consegue armazenar em relação ao seu tamanho e peso – ainda fica atrás das melhores células de íons de lítio, o que significa mais volume para a mesma autonomia.

O frio revelou o limite mais severo. Ao descarregar a bateria a -4°F (-20°C), ela ainda liberou mais de 80% de sua energia utilizável.

Carregá-la nessa mesma temperatura foi outra história. Esse número despencou para pouco mais da metade.

Essa diferença mostra onde a tecnologia mais precisa evoluir. Uma bateria que pode ser descarregada no frio, mas apresenta dificuldade para ser recarregada nessas condições, serve bem para alguns usos e frustra em outros.

Schütte observou que recargas frequentes em baixas temperaturas exigiriam gestão térmica cuidadosa ou estratégias operacionais mais inteligentes para contornar esse problema.

Why sodium appeals

O apelo do sódio está na oferta. O lítio é distribuído de maneira desigual, está cada vez mais caro e, segundo previsões de analistas do setor, pode não acompanhar a demanda conforme veículos elétricos e armazenamento em rede continuam crescendo.

O sódio evita boa parte disso. Ele é abundante, fácil de obter e muito mais barato de extrair – fatores que podem reduzir os custos de matéria-prima para os fabricantes e aliviar a pressão sobre a cadeia de suprimentos que hoje pesa sobre o mercado de lítio.

Um relatório sobre cadeias de suprimento de baterias mostra o quanto esse cenário do lítio está se tornando limitado.

Essas células também lidam razoavelmente bem com demandas intensas no frio. Esse desempenho reforça o caso dessa rival 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 backup e veículos comerciais ou de menor alcance, nos quais reduzir custos pesa mais do que extrair a autonomia máxima.

Road ahead for sodium

A conclusão é concreta. Uma bateria comercial de sódio – fabricada em escala e vendida atualmente – agora se equipara a células premium de íons de lítio em uniformidade, potência e desempenho de descarga em clima frio.

Era algo que o setor suspeitava que viria, mas ainda não havia confirmado em um produto já no mercado. Para um elemento tão barato e tão comum, isso é um marco importante.

A descoberta do cobre dá aos pesquisadores uma nova pista a seguir. Os próximos projetos de baterias de sódio podem tentar eliminar tanto o níquel quanto o cobre enquanto aumentam a densidade de energia, e entender por que esse cobre se separou daquela forma pode orientar essas futuras formulações.

Schütte espera que os maiores avanços venham do trabalho em materiais de eletrodo e eletrólitos melhores.

Para motoristas e operadores de rede, o impacto prático ainda está mais à frente. Se a fraqueza no carregamento a frio for corrigida e a diferença de energia for reduzida, o sódio deixa de ser apenas uma alternativa econômica.

A tecnologia de baterias de sódio então passa a ser uma rival séria – um caminho mais barato para armazenar energia e mover carros sem depender de um suprimento de lítio caro e pressionado.