Baterias de Sódio: Perspetivas e Desafios na Transição Energética

As baterias de sódio prometem uma energia mais barata, segura e sustentável, com potencial para transformar veículos elétricos e o armazenamento de energia.

O que são baterias de sódio?

As baterias de sódio, também conhecidas como sodium-ion batteries (SIBs), funcionam de forma muito semelhante às baterias de iões de lítio, no entanto utilizam sódio (Na⁺) em vez de lítio (Li⁺) como portador de carga. A diferença parece subtil, mas tem implicações significativas: o sódio é cerca de 400 vezes mais abundante na crosta terrestre do que o lítio e está presente no sal comum (NaCl), o que o torna uma opção muito mais acessível e geograficamente distribuída.

Do ponto de vista técnico, estas baterias têm três componentes principais:

• Ânodo: geralmente constituído por o carbono duro (hard carbon) pela sua capacidade de armazenar iões de sódio de forma estável
• Cátodo: pode ser composto por óxidos metálicos ou materiais análogos ao “azul da Prússia”, que permitem uma boa reversibilidade iónica.
• Eletrólito: o meio condutor que permite o movimento dos iões, podendo ser líquido, sólido ou até aquoso.

Esquema representativo de uma bateria de sódio. Feito por Sofia I. C. Guerreiro

Vantagens

As baterias de sódio não são apenas uma alternativa, mas uma inovação em vários aspetos.

O principal benefício das baterias de sódio reside na ampla disponibilidade natural deste elemento. Enquanto as reservas de lítio estão concentradas em poucos países, o sódio é mais abundante geograficamente. Esta característica reduz a dependência geopolítica e mitiga os impactos ambientais associados à extração mineira intensiva. Além disso, a produção dessas baterias exige menor quantidade de metais raros, tornando-as uma opção mais sustentável e com maior potencial de reciclagem.

Adicionalmente, o custo dos materiais de base é significativamente mais baixo. O preço médio de uma célula de sódio pode ser 30% inferior ao de uma célula de lítio com desempenho semelhante. A simplicidade do processo de fabrico, que pode adaptar linhas de produção existentes, reforça o potencial económico.

As baterias de sódio também são mais estáveis termicamente, o que significa menor risco de sobreaquecimento ou incêndio. Um estudo do Pacific Northwest National Laboratory demonstrou que as células de sódio mantiveram 90% da capacidade após 300 ciclos e apresentaram melhor desempenho térmico em comparação com as de lítio tradicionais

Desafios atuais

Apesar do entusiasmo crescente, a tecnologia das baterias de sódio ainda enfrenta desafios científicos e industriais.

Atualmente, as baterias de sódio armazenam menos energia por unidade de peso — cerca de 160 Wh/kg, enquanto as de lítio atingem 250–300 Wh/kg. Isto é, para a mesma quantidade de energia, a bateria pode ser maior ou mais pesada, o que limita a sua utilização em veículos que exigem grande autonomia.

Além disso, a durabilidade continua a ser um dos principais desafios desta tecnologia. As interações químicas que ocorrem entre o ânodo e o cátodo durante os ciclos de carga e descarga conduzem, inevitavelmente, a uma perda gradual de capacidade ao longo do tempo. Para mitigar esse fenómeno, diversos grupos de investigação procuram aperfeiçoar o filme de interface sólida (SEI), uma fina camada protetora que se forma sobre o ânodo e desempenha um papel crucial na estabilidade e na longevidade da célula.

A transição das baterias de sódio do ambiente de investigação para a produção em massa também continua a ser um dos maiores obstáculos ao seu desenvolvimento comercial. Produzir células em larga escala implica não apenas dominar os processos de síntese dos materiais, como os compostos catódicos à base de óxidos ou de estrutura “azul da Prússia”, mas também garantir uniformidade, estabilidade e segurança ao longo de milhares de ciclos.

Aplicações

O potencial das baterias de sódio estende-se muito além de um simples componente tecnológico, tendo várias aplicações promissoras.

Primeiramente, as baterias de sódio apresentam potencial para reduzir significativamente o custo dos sistemas de armazenamento energético utilizados em veículos elétricos, permitindo um desenvolvimento mais económico destes. A elevada estabilidade térmica destas baterias constitui uma vantagem adicional, tornando-as mais adequadas para condições climáticas extremas, em que as baterias de iões de lítio tendem a apresentar degradação mais acentuada do desempenho.

Por outro lado, no sector energético, as SIBs revelam-se particularmente promissoras para armazenamento estacionário de energia, permitindo conservar eletricidade proveniente de fontes solar e eólica para utilização posterior. As variantes aquosas destas baterias distinguem-se pela maior segurança operacional, resistência a variações térmicas e baixo custo de produção, características que favorecem a sua integração em centrais elétricas, sistemas de backup e micro-redes.

Por fim, as baterias de sódio têm sido estudadas como alternativa mais segura e económica às de lítio em equipamentos portáteis, como tablets e computadores portáteis. Apesar da menor densidade de energia, estas baterias oferecem melhor estabilidade térmica e menor risco de combustão, o que as torna adequadas para dispositivos em que a segurança e o custo sejam prioritários.

As baterias de iões de sódio constituem uma alternativa viável às de lítio, sobretudo em aplicações que privilegiam o custo e a sustentabilidade. A abundância do sódio e a sua menor dependência de matérias-primas críticas reforçam o seu potencial estratégico na transição energética.

Embora ainda enfrentem desafios de desempenho e fabrico, os avanços recentes indicam um progresso sólido rumo a soluções de armazenamento mais seguras, económicas e sustentáveis.

Texto e imagem de Sofia I. Conceição Guerreiro. Revisão por Joana Silva.