Baterias de Íons de Sódio: Avanços na Superação de Desafios Técnicos

Baterias de íons de sódio estão ganhando destaque como uma alternativa promissora às tradicionais baterias de lítio. Essa mudança é impulsionada pela maior disponibilidade das matérias-primas utilizadas na produção de baterias de sódio. No entanto, um obstáculo técnico significativo precisa ser superado: a formação de dendritos. Essas estruturas, que se formam durante o processo de carga e descarga, não apenas diminuem a vida útil das baterias, mas também apresentam riscos de segurança.

Um estudo recente do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) revelou insights importantes sobre a formação de dendritos em escala atômica. Com foco na interface entre o ânodo e o eletrólito, os pesquisadores buscaram entender as interações que influenciam a qualidade da camada protetora, conhecida como interface de eletrólito sólido (SEI). Quando essa camada é bem formada, ela protege o ânodo, permitindo a passagem de íons de sódio de forma segura. No entanto, uma SEI de baixa qualidade pode levar à formação de dendritos, comprometendo a segurança da bateria.

A equipe do CINE utilizou ferramentas computacionais para simular como moléculas do eletrólito interagem com um ânodo de sódio metálico. Segundo Juarez Lopes, professor da Universidade de São Paulo (USP) e coordenador do programa de Design Computacional do CINE, a pesquisa focou em entender como a geometria da superfície do ânodo influencia a formação da SEI. Essa abordagem permitiu mapear as interações de 22 diferentes espécies químicas presentes em eletrólitos.

Os resultados mostraram que as irregularidades na superfície do ânodo são pontos críticos para a atividade química. Isso significa que o local de fixação de uma molécula do eletrólito está intimamente ligado à estrutura do ânodo. A equipe, então, formulou recomendações para o desenvolvimento de eletrólitos que favoreçam a formação de uma SEI robusta. Uma das principais orientações é o uso de sais que liberam fluoreto, pois este elemento se liga fortemente a locais de defeito, formando uma camada protetora eficaz contra o crescimento de dendritos.

Além disso, combinar esses sais com solventes de carbonato cíclico pode criar condições ideais para a formação de uma camada protetora rica em fluoreto nos pontos vulneráveis do ânodo. Os pesquisadores enfatizam a importância de considerar superfícies de eletrodos reais e imperfeitas em seus estudos, uma vez que as características físicas das superfícies influenciam diretamente a formação da SEI.

O CINE, um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) fundado em 2018 com o apoio da FAPESP e da Shell, está na vanguarda da pesquisa em tecnologias energéticas. Com a colaboração de diversas instituições, a equipe continua a explorar novos caminhos para melhorar o desempenho das baterias de íons de sódio, um passo crucial rumo a um futuro mais sustentável e eficiente em termos de armazenamento de energia.