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Baterias de íons de sódio CATL

10.08.2021

A Contemporary Amperex Technology (CATL) apresentou sua bateria de íons de sódio de primeira geração, bem como sua bateria AB, capaz de combinar células de íons de sódio e íons de lítio em um único módulo.

O princípio de funcionamento de uma bateria de íons de sódio é semelhante ao de uma bateria de íons de lítio. Os íons de sódio também se movem entre o cátodo e o ânodo. No entanto, em comparação com os íons de lítio, os íons de sódio têm um volume maior e maiores exigências em relação à estabilidade estrutural e propriedades cinéticas dos materiais. Isso se tornou um impedimento para o desenvolvimento da produção industrial de baterias de íons de sódio.

A inovação da CATL foi a utilização de material "branco da Prússia" (sal Everite) com maior capacitância específica para a fabricação do cátodo. Além disso, a empresa atualizou a estrutura em massa desse material redistribuindo elétrons, o que possibilitou resolver o problema de uma rápida diminuição da capacitância durante a operação cíclica do material. Para o ânodo, a CATL utilizou um material de carbono duro que possui uma estrutura porosa única que fornece capacidade de armazenamento em excesso e movimento rápido de íons de sódio, além de excelente desempenho de ciclagem.

A primeira geração da bateria de íons de sódio CATL, baseada em uma série de novos desenvolvimentos no sistema químico, tem as vantagens de alta densidade de energia, capacidade de carregamento rápido, excelente resistência à temperatura, excelente desempenho em baixas temperaturas, alta eficiência de integração, etc. CATL bateria de íons pode atingir 160 Wh/kg, e a bateria pode ser carregada em 15 minutos a 80% em temperatura ambiente. Além disso, sob condições de baixa temperatura (-20°C), a bateria de íons de sódio tem uma taxa de retenção de capacidade superior a 90% e sua eficiência de integração do sistema pode atingir mais de 80%. A resistência ao calor das baterias de íons de sódio excede os requisitos nacionais de segurança para baterias de tração. A primeira geração de baterias de íons de sódio pode ser utilizada em diversas aplicações de eletrificação veicular, principalmente em regiões com temperaturas ultrabaixas, onde suas vantagens se tornam aparentes. Além disso, pode ser adaptado de forma flexível às necessidades de aplicação de todos os cenários de armazenamento de energia.

A meta de desenvolvimento para a próxima geração de baterias de íons de sódio é uma densidade de energia superior a 200 Wh/kg.

A CATL desenvolveu uma solução completa para o sistema de baterias AB, que consiste em misturar e combinar baterias de íons de sódio e íons de lítio em uma determinada proporção e integrá-las em um sistema de baterias e gerenciar diferentes sistemas de baterias através do algoritmo BMS de alta precisão. O sistema de bateria AB pode compensar a atual falta de densidade de energia na bateria de íons de sódio, bem como ampliar suas vantagens em termos de alta potência e desempenho em baixas temperaturas. Este sistema estrutural inovador expande as aplicações dos sistemas de baterias de lítio-sódio.

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Bateria de íon de sódio 12.03.2015

Os químicos fizeram uma bateria de íons de sódio que funciona tão bem quanto a bateria de íons de lítio a que estamos acostumados.

Há alguns anos, foi sugerido que é hora de a humanidade pensar em uma escassez iminente, mas não na de petróleo e gás, que geralmente temos medo, mas na escassez de um metal alcalino - o lítio. Em nossa vida, há cada vez mais dispositivos eletrônicos e todos os tipos de gadgets. E todos eles, do celular ao carro elétrico, usam energia elétrica armazenada em baterias. A maioria delas são baterias de íons de lítio. Hoje é o tipo mais comum de baterias recarregáveis. E embora seja improvável que vejamos guerras por depósitos de lítio em um futuro próximo, seu custo pode aumentar. E isso significa que é hora de pensar em baterias mais baratas que usariam outras células. Os desenvolvedores estão apostando no parente mais próximo do lítio no sistema periódico - o sódio, como um metal muito mais comum e barato.

Por que você não pode simplesmente pegar e substituir o lítio em uma bateria por sódio? É tudo sobre o tamanho atômico. Embora o lítio e o sódio sejam muito semelhantes em suas propriedades químicas, o átomo de sódio é significativamente maior que o átomo de lítio. E acaba sendo fundamental para o funcionamento da bateria. Uma bateria de lítio tem dois eletrodos, um feito de carbono ou grafite e o outro feito de um óxido metálico como o cobalto. Os íons de lítio servem como transportadores de carga entre os eletrodos, razão pela qual, na verdade, são chamadas de baterias de íons de lítio. Durante a recarga, os íons de lítio são liberados do eletrodo de óxido metálico e passam para o segundo eletrodo, que é feito de carbono.

O tamanho dos átomos de lítio é tal que eles podem ser facilmente integrados na estrutura do eletrodo. Esse processo é chamado de intercalação, durante o qual os íons metálicos "espremem" entre as camadas atômicas de grafite. Durante a descarga, ocorre o processo inverso - os íons de lítio saem do eletrodo de grafite e retornam ao segundo eletrodo.

O ponto chave deste processo eletroquímico é apenas a incorporação de íons no eletrodo. Quanto mais rápido e fácil passar, maior pode ser a potência instantânea. Se o processo for lento, a bateria não poderá fornecer a corrente necessária para operar o dispositivo. Essa é justamente a dificuldade em desenvolver uma bateria de íons de sódio. Um eletrodo de carbono não é adequado porque os íons de sódio, devido ao seu tamanho, são extremamente relutantes em se integrar à estrutura do grafite.

É por isso que os eletroquímicos estão procurando materiais de eletrodos adequados para a eletrônica convencional. Afinal, é possível fazer uma bateria com íons de sódio e funcionará, o ponto principal é que não será tão pequeno, espaçoso e poderoso quanto o lítio. Mas é potência e tamanho que são os parâmetros mais importantes para dispositivos móveis.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Yong Lei, da Universidade Técnica de Ilmenau, na Alemanha, apresentou um material que pode ser usado para fazer um eletrodo em uma bateria de íons de sódio, para que não seja inferior ao lítio em termos de potência e capacidade.

Primeiro, os químicos analisaram quais propriedades o material do eletrodo deveria ter para garantir a introdução efetiva de íons sódio. A escolha recaiu sobre compostos aromáticos conjugados da classe trans-estilbeno. Eles têm a capacidade de transferir carga, são estáveis ao carregar e descarregar a bateria e formam camadas intermoleculares entre as quais o sódio pode ser facilmente introduzido.

Os químicos testaram o quão bem um eletrodo feito desse material funcionaria e descobriu-se que, com uma densidade de corrente média de 1 A / g, a capacidade seria de 160 mAh / g, o que não é inferior às baterias de íons de lítio. A bateria também teve um bom desempenho no teste de resistência, mantendo 70% da capacidade após 400 ciclos de carga e descarga. E embora a implementação comercial do projeto ainda esteja longe, os resultados alcançados indicam que as baterias de íons de sódio têm direito à vida e podem, em princípio, substituir as já conhecidas baterias de íons de lítio.

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