O novo material foi obtido por uma combinação de simulações computadorizadas e experimentos de laboratório.
[Imagem: Erik A. Wu et al. - 10.1038/s41467-021-21488-7]

Baterias sólidas

Especialistas afirmam que já não é mais uma questão de "se", mas de "quando" as baterias de sódio começarão a substituir as baterias de lítio.

Essa possibilidade ficou ainda mais próxima da realidade com o desenvolvimento de um novo condutor para baterias de sódio de estado sólido, uma das tecnologias mais promissoras nesse campo - existem ainda protótipos de baterias de íons de sódio, baterias sódio-ar e baterias de sódio-enxofre.

Erik Wu e seus colegas da Universidade da Califórnia em San Diego criaram um eletrólito sólido de alta voltagem que melhorou dramaticamente as marcas registradas até agora por essa tecnologia.

Um protótipo de bateria construído com o novo material superou os 1.000 ciclos de carga e descarga - o patamar considerado necessário para se chegar a um produto comercial - e ainda retendo 89,3% da sua capacidade, um desempenho não alcançado até agora por nenhuma outra bateria de estado sólido.

As baterias de estado sólido são mais seguras, mais baratas e mais duráveis. A química de íons de sódio é particularmente promissora porque o sódio é barato e abundante, ao contrário do lítio das baterias atuais, que é raro e tem ficado cada vez mais caro. O objetivo é construir baterias que possam ser usadas em aplicações de armazenamento de energia em rede em grande escala, especialmente para armazenar energia gerada por fontes intermitentes, como solar e eólica, para lidar com os picos de demanda.

Bateria de sódio

Para chegar ao novo material, Wu executou uma série de simulações computacionais usando um modelo de aprendizado de máquina para selecionar qual química teria a combinação certa de propriedades para uma bateria de estado sólido com um catodo de óxido de sódio.

Depois que um material foi selecionado como um bom candidato, a equipe sintetizou-o, testou e caracterizou experimentalmente para determinar suas propriedades eletroquímicas.

Em idas e vindas entre os resultados experimentais e as simulações, a equipe selecionou uma classe de condutores de haleto de sódio composta de sódio (Na), ítrio (Y), zircônio (Zr) e cloro (Cl). O material, que agora responde pelas iniciais de seus componentes - NYZC - mostrou-se eletroquimicamente estável e quimicamente compatível com os catodos de óxido usados em baterias de íons de sódio de alta voltagem.

"A indústria quer que as baterias em nível de célula custem de US$ 30 a US$ 50 por kWh, cerca de um terço a um quinto do que custa hoje," disse a professora Shirley Meng, coordenadora da equipe. "Não vamos parar até chegarmos lá."