Adeus ao lítio? Estudos têm apostado em baterias mais sustentáveis à base de sódio

As baterias recarregáveis estão cada vez mais presentes em nosso cotidiano. Elas fazem parte dos dispositivos eletrônicos de consumo, como celulares e notebooks; da expansão de veículos elétricos, que atualmente vão de carros a bicicletas e patinetes; e do avanço dos sistemas de energia renovável, como painéis solares com armazenamento presente em muitas residências. Um dos componentes principais dessas baterias é o lítio que, com a crescente demanda, tem ocupado uma posição muito importante no contexto global de uso de recursos naturais. Isso porque esse material não está distribuído de forma uniforme pelo planeta, exige processos de extração caros e com muitos riscos ambientais, sobretudo devido ao alto consumo de água e produção de grandes volumes de resíduos não aproveitados durante o processamento do minério.

Frente à possíveis alternativas, uma revisão recente feita por pesquisadores de diferentes instituições, entre elas a Universidade Islâmica de Tecnologia (Bangladesh), Universidade Estadual de Idaho (Estados Unidos) e a Universidade de Waterloo (Canadá), e publicada na Next Energy, revista científica da Elsevier, reuniu e analisou o estado atual do conhecimento sobre o uso de baterias de íon de sódio (SIBs) como tecnologia complementar ou de substituição às tradicionais baterias de íon de lítio (LIBs). Conforme apresentado pelos autores, mais de 85% da produção global de lítio tem origem em poucos países, estando geograficamente concentrada na Austrália, Chile e China. Isso porque há duas fontes principais de extração do lítio: salmouras em desertos de sal, amplamente encontradas no Chile, e mineração de rocha dura, sendo a Austrália o maior expoente mundial deste método, enquanto a China detém mais de 60% da capacidade mundial de refino de lítio. Essa dependência, somada ao avanço lento de alternativas, pode tornar as reservas atuais insuficientes a longo prazo e resultar em maior disparo de preços no setor.

Com tais limitações, os pesquisadores apontam as SIBs como a principal rota de transição sustentável dos modelos tradicionais que utilizam lítio. De modo geral, elas apresentam algumas vantagens em relação às LIBs do ponto de vista econômico e ambiental em razão da abundância do sódio na crosta terrestre. Nesse sentido, os autores citam estudos que apontam o sódio como até mil vezes mais abundante do que o lítio, condição que melhora o fornecimento e reduz impactos associados à mineração. Além disso, mencionam estudos com materiais mais acessíveis que podem ser utilizados nos eletrodos das baterias, como ferro e manganês, em substituição ao cobalto e níquel, os quais são usados nas LIBs, porém mais escassos. Com relação à dinâmica química, as baterias de íon de sódio (Na⁺) funcionam de forma parecida com as de íon de lítio (Li⁺), em que o vai e vem dos íons é o que permite que a bateria carregue e descarregue. A diferença está apenas no uso de sódio como portador de carga, em vez de lítio.

Entretanto, o desempenho e vida útil ainda são fatores limitantes, e comparações feitas pelos autores ajudam a entender melhor as diferenças. Além do Na⁺ e Li⁺, variados íons metálicos podem ser utilizados em sistemas de armazenamento, como manganês (Mg²⁺) e potássio (K⁺). Porém, o lítio se sobressai por sua alta densidade de energia, isto é, consegue armazenar mais energia em menos espaço, o que é de grande interesse para aplicações que exigem alta autonomia e leveza, como em veículos elétricos. Por outro lado, alguns protótipos de SIBs já demonstraram uma vida útil de milhares de ciclos de carga e descarga, indicando que essa tecnologia tem potencial para aplicações que precisam de melhor durabilidade e, apesar da menor densidade de energia, são ainda opções relevantes em situações em que peso e volume não são o aspecto mais importante, como em infraestruturas de distribuição elétrica nas cidades.

Com isso, a engenharia de materiais, área responsável por estudar como a estrutura dos materiais influencia seu desempenho, tem investigado como aperfeiçoar os componentes das SIBs para melhorar sua capacidade energética. Uma das principais linhas de pesquisa envolve os chamados ânodos de carbono duro, um tipo de eletrodo produzido a partir de materiais ricos em carbono, muitas vezes obtidos de biomassa, como resíduos vegetais. Esse material possui uma estrutura tridimensional cheia de poros e canais que facilitam tanto o armazenamento quanto a movimentação dos íons de sódio durante os ciclos de carga e descarga. Em paralelo, os pesquisadores também destacam avanços nos eletrólitos, substâncias responsáveis por transportar os íons de sódio entre os eletrodos. Entre as principais novidades estão os eletrólitos em estado sólido, que tendem a ser mais seguros do que os eletrólitos líquidos usados atualmente.

Desse modo, a revisão mostra como diferentes estratégias vêm sendo desenvolvidas para aumentar a eficiência e a durabilidade das baterias de íon de sódio. Com isso, elas se consolidam como uma alternativa tecnicamente viável e cada vez mais promissora às baterias de íon de lítio, especialmente para aplicações de armazenamento de energia em grande escala. Porém, o maior destaque está no potencial de contribuir para uma transição energética mais sustentável, utilizando menos matérias-primas críticas e aproveitando a ampla distribuição geográfica dos recursos de sódio, o que reduz a dependência do lítio e reduz os custos de fabricação. Ainda assim, a expectativa dos autores não é que as SIBs substituam completamente as baterias de íon de lítio, mas que atuem de forma complementar.

Leia o material na íntegra a partir do link: https://doi.org/10.1016/j.nxener.2025.100478.