Baterias de íons de sódio: elas podem substituir as de lítio?

A busca global por tecnologias de baterias mais sustentáveis e econômicas está alimentando um interesse crescente em baterias de íons de sódio (Na-íon). Com matérias-primas abundantes e desempenho promissor para aplicações específicas, as baterias de sódio podem complementar ou até mesmo substituir parcialmente as baterias de íons de lítio em um futuro próximo.

Por que baterias de íons de sódio?

As baterias de íons de lítio dominam o mercado atual, mas dependem de materiais escassos e caros, como lítio, cobalto e níquel. O sódio, por outro lado, é muito mais abundante e barato. Essa abundância torna as baterias de íons de sódio especialmente atraentes para aplicações em larga escala, como armazenamento estacionário e veículos elétricos (VEs) de entrada.

Desenvolvimentos recentes

Em 2023, o maior fabricante chinês de baterias GATL introduzido Naxtra, sua marca de baterias de íons de sódio. A bateria pode ser carregada até 80% em apenas 15 minutos em temperatura ambiente e mantém excelente desempenho em ambientes de baixa temperatura. Outras empresas, como a HiNa Battery e a Farasis Energy, também estão desenvolvendo ativamente a tecnologia de íons de sódio.

Sódio vs Lítio: Principais Diferenças

Recurso	Íon de sódio	Íon de lítio
Disponibilidade de matéria-prima	Abundante, baixo custo	Escasso, mais caro
Densidade de energia	Inferior (~140 Wh/kg)	Mais alto (~250 Wh/kg)
Custo	~30% mais barato	Maior devido ao lítio, cobalto
Desempenho em baixa temperatura	Melhor desempenho	Pode degradar-se significativamente
Disponibilidade Comercial	Emergente, uso limitado	Amplamente adotado

Empresas que fabricam baterias de íons de sódio

Diversas empresas e fabricantes inovadores de baterias estão investindo pesadamente na tecnologia de baterias de íons de sódio. Aqui estão alguns dos players mais notáveis que lideram o desenvolvimento e a comercialização:

• CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited) – A gigante chinesa de baterias apresentou sua Naxtra Bateria de íons de sódio, voltada para os mercados de veículos elétricos e armazenamento de energia. Produção em massa prevista para breve.
• Bateria HiNa – Pioneira em tecnologia de baterias de íons de sódio, sediada na China, com foco em aplicações comerciais para veículos de duas rodas, ônibus elétricos e sistemas de armazenamento.
• Faradion – Uma empresa sediada no Reino Unido adquirida pela Reliance Industries, especializada em produtos químicos de íons de sódio não aquosos e voltada para os setores estacionário e de transporte.
• Altris – Uma startup sueca que desenvolve baterias inovadoras de íons de sódio usando ferro e manganês, projetadas para sustentabilidade e armazenamento em rede.
• Tiamat – Uma empresa francesa focada em células de íons de sódio de alta potência, particularmente adequadas para aplicações de carregamento rápido e ferramentas industriais.

Cronograma para a industrialização de baterias de íons de sódio

Baterias de íons de sódio estão se mostrando promissoras, especialmente em sistemas de armazenamento de energia, mas seu caminho para adoção em larga escala ainda enfrenta obstáculos técnicos e de fabricação.

Desempenho e ciclo de vida

Um dos principais desafios reside na melhoria ciclo de vida. As baterias de íons de sódio atuais demonstraram até 5.000 ciclos de carga-descarga, o que é impressionante, mas ainda fica atrás do comercial fosfato de ferro e lítio (LiFePO₄) baterias que normalmente alcançam 8.000–10.000 ciclos. Para que as baterias de íons de sódio desempenhem um papel dominante no armazenamento de energia a longo prazo, é essencial uma maior otimização da durabilidade e da confiabilidade.

Compatibilidade de Corrente Industrial

Do lado positivo, o processo de fabricação de baterias de íons de sódio é amplamente compatível com a infraestrutura existente de baterias de íons de lítio. A maioria dos equipamentos e etapas de produção — como revestimento de eletrodos, montagem e formação de células — podem ser reutilizados com alterações mínimas. Essa compatibilidade permite um escalonamento de capacidade relativamente rápido.

No entanto, matérias-primas essenciais, como a ânodo, cátodo, separador, eletrólito e coletor de corrente são baseados em químicas diferentes e devem ser reprojetados para sistemas de íons de sódio. Isso requer o desenvolvimento de um nova cadeia de fornecimento de materiais a montante, o que pode levar tempo para amadurecer.

Produção em massa e competitividade de custos

Como qualquer tecnologia emergente, as baterias de íons de sódio precisam superar os gargalos de produção em estágio inicial. sódio é mais abundante e mais barato que lítio, o custo total só cairá significativamente uma vez produção em massa torna-se estável e cadeias de suprimentos estão totalmente estabelecidas. Até lá, as baterias de lítio ainda podem ter uma vantagem de custo-benefício em muitas aplicações.

Aplicação potencial de baterias de íons de sódio

As baterias de íons de sódio, com sua relação custo-benefício e recursos de segurança aprimorados, são bastante promissoras em diversas aplicações nas quais as baterias de íons de lítio podem ser menos ideais. Sua menor densidade energética limita o uso em veículos elétricos de alto desempenho, mas elas se destacam em áreas como sistemas de armazenamento de energia em larga escala, fontes de alimentação de reserva e veículos elétricos de média velocidade.

Um campo particularmente promissor é o dos sistemas de alimentação ininterrupta, onde a confiabilidade e a segurança da bateria são cruciais. As baterias de íons de sódio podem servir como uma alternativa econômica e mais segura em bateria de alimentação ininterrupta aplicações, ajudando a proteger eletrônicos sensíveis e data centers contra interrupções de energia sem os riscos associados à fuga térmica da bateria de lítio.

Outras aplicações incluem armazenamento de energia renovável, estabilização de rede e uso em soluções de energia fora da rede, onde custo e segurança são priorizados em detrimento da alta densidade energética.

Aplicações e Outlook

É improvável que as baterias de íons de sódio substituam as baterias de íons de lítio em todos os setores devido à sua menor densidade energética. No entanto, para sistemas de armazenamento de energia, bicicletas elétricas, veículos elétricos de duas e três rodas e veículos elétricos de baixo custo, elas oferecem uma opção acessível e sustentável. À medida que a produção cresce e a tecnologia amadurece, as baterias de íons de sódio provavelmente desempenharão um papel significativo no diversificado mercado de armazenamento de energia.