Baterias de íons de sódio

O desenvolvimento de baterias de nova geração é determinante para o futuro do armazenamento de energia, fundamental para a eletrificação e para flexibilizar a produção de energia renovável, garantindo sua integração ao sistema.

Desde seu surgimento em 1991, as baterias de lítio têm dominado o setor de armazenamento de energia. No entanto, essa liderança resultou em um aumento significativo na demanda por esse mineral, uma demanda que não parece diminuir. Por isso, tem-se discutido a possível escassez no fornecimento de lítio, com o consequente aumento dos preços e atrasos devido à falta de abastecimento.

Nos últimos anos, os fabricantes de baterias e a indústria automotiva vêm explorando matérias-primas alternativas ao lítio para a fabricação de sistemas de armazenamento de energia, com o objetivo de estabilizar a oferta e a demanda. E uma das opções mais viáveis é a bateria de íons de sódio: a relativa abundância desse mineral e seu baixo custo fazem dela uma alternativa fundamental no armazenamento de energia renovável.

O que são baterias de íons de sódio e como funcionam?

As baterias de sódio são um tipo de bateria recarregável que transporta a carga utilizando íons de sódio (Na+) em vez de íons de lítio (Li+). O sódio é um metal alcalino macio de cor prateada, muito abundante na natureza — pode ser encontrado, por exemplo, no sal marinho ou na crosta terrestre. O funcionamento das baterias de íons de sódio é muito semelhante ao das baterias de íons de lítio, já que a química de ambos os elementos, por serem alcalinos, é parecida.

As baterias de sódio foram estudadas pela primeira vez na década de 1980, mas foi somente no século XXI que se redescobriu o verdadeiro potencial do sódio para o armazenamento de energia.

De acordo com um estudo sobre o panorama das patentes dessas baterias publicado pela consultoria Cypris em 2026, mais de 50% da atividade de pesquisa patenteada no campo das baterias de íons de sódio foi registrada na China (65%), seguida pelos Estados Unidos (5%) e pelo Japão (4%). A Europa também começa a avançar nesse campo. As empresas que atualmente têm maior destaque nessa tecnologia são as chinesas CATL, BYD e HiNa.

O futuro é promissor nesse sentido. A Agência Internacional de Energia prevê que, até 2030, a capacidade de produção de baterias de íons de sódio seja de 590 GWh, quase seis vezes a capacidade atual. Essa projeção poderá ser alcançada se forem aceleradas as melhorias tecnológicas e houver avanços na fabricação utilizando equipamentos semelhantes ou idênticos aos utilizados para baterias de lítio.

Como funcionam as baterias de íons de sódio?

Essas baterias são compostas pelos seguintes elementos: um eletrodo negativo, ou ânodo, de onde saem os elétrons, e um eletrodo positivo, ou cátodo, que os recebe. Quando a bateria é descarregada, os íons de sódio se deslocam do ânodo para o cátodo por meio de um eletrólito — substância composta por íons livres que funciona como um condutor elétrico —, dando origem à diferença de potencial que produz a corrente. Quando a bateria é carregada, os íons de sódio retornam ao ânodo até atingirem uma tensão de fim de carga pré-determinada.

Uma das diferenças entre as baterias de lítio e as de sódio é a densidade energética de cada uma. Esse valor indica a quantidade de energia que elas podem armazenar por quilograma. As baterias de lítio são capazes de armazenar mais energia do que as baterias de sódio. A dopagem com escândio permite que as baterias de íons de sódio aumentem sua densidade para mais de 200 Wh/kg, o que favorece seu uso em aplicações em que o volume da bateria é menos relevante, como veículos elétricos de autonomia limitada e armazenamento estacionário de energia para redes elétricas.

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Fabricação de baterias de íons de sódio

Existe um paradoxo em relação aos custos de fabricação das baterias de íons de sódio. Apesar do sódio ser um material mais abundante e barato que o lítio, a falta de uma cadeia de suprimentos desenvolvida eleva o preço da infraestrutura, do sistema de refrigeração, dos componentes elétricos e do processo de montagem.
  
 A maioria das tecnologias atuais de íons de sódio utiliza os mesmos processos que as baterias de lítio, o que representa uma vantagem muito significativa em relação a outras tecnologias de armazenamento em desenvolvimento. Assim, a tecnologia de sódio se beneficia de todas as economias de escala e do conhecimento proveniente do lítio.

Vantagens e desafios das baterias de íons de sódio

A mudança de paradigma das baterias de íons de lítio para as de sódio abre um leque de oportunidades para a eletrificação em grande escala e traz uma série de vantagens:

• Abundância e acessibilidade da matéria-prima: utilizam sódio, um elemento alcalino presente em grandes quantidades na crosta terrestre e no sal marinho, o que garante um suprimento praticamente inesgotável.
• Menor dependência de minerais críticos: ao substituir o lítio e o cobalto, diminuem os riscos de escassez, as tensões nas cadeias de abastecimento globais e a vulnerabilidade à volatilidade dos preços de metais raros.
• Redução do custo econômico a longo prazo: embora a infraestrutura de produção ainda esteja se adaptando, o baixo custo do material de base permitirá reduzir significativamente o custo do armazenamento de energia assim que a cadeia de suprimentos estiver consolidada.
• Elevada segurança e resistência térmica: apresentam grande estabilidade química e funcionam de maneira eficiente em condições de temperatura extrema (tanto de frio quanto de calor), o que diminui o risco de superaquecimento ou incêndio.

No entanto, para aproveitar ao máximo esse avanço, é preciso superar uma série de desafios:

• Menor densidade energética em relação ao lítio: por serem capazes de armazenar menos energia, exigem baterias de maior tamanho para oferecer a mesma capacidade, o que limita seu uso em veículos elétricos de grande autonomia.
• Cadeia de suprimentos em estágio inicial: os fornecedores, a extração industrial em escala e os componentes específicos para essa tecnologia ainda se encontram em fase de pesquisa e desenvolvimento.
• Necessidade de ampliar a produção industrial: para competir em preço e volume, as fábricas devem adaptar ou ampliar suas linhas de montagem em massa, um processo que exige investimentos de capital significativos.
• Menor adoção comercial e maturidade no mercado: em comparação com a tecnologia de lítio, amplamente consolidada após décadas de uso em massa, o sódio ainda apresenta uma implantação comercial limitada e um número menor de produtos disponíveis no mercado atual.

Armazenamento com baterias de íons de sódio e eletrificação

O potencial das baterias de íons de sódio está em sua capacidade de armazenamento associada a parques de energia renovável e no apoio às redes elétricas já existentes. Dessa forma, elas podem garantir a estabilização da oferta e da demanda de energia e se integrar a um sistema eletrificado para aumentar sua eficiência, o que facilita a gestão do autoconsumo residencial e industrial. Essa alternativa se aplica melhor em soluções nas quais o peso e o volume são menos determinantes do que o custo, a segurança e a disponibilidade do sistema.

O futuro da tecnologia de íons de sódio

A atividade de pesquisa sobre baterias de lítio impulsionada nos últimos anos beneficiou o desenvolvimento das baterias de íons de sódio. Por apresentar diversas semelhanças com as baterias de íons de lítio, esse tipo de armazenamento de energia tem registrado avanços especialmente rápidos e promete ser uma vantagem fundamental em sua implantação.

Além disso, a crescente demanda por armazenamento de energia elétrica em grande escala e as descobertas recentes — por exemplo, o uso de carbono duro como material anódico — favorecem um desenvolvimento cada vez maior das baterias de íons de sódio.

Seus grandes desafios abrem três grandes linhas de aprimoramento tecnológico:

• Aumento da densidade energética para melhorar o armazenamento de energia.
• Impulso ao desenvolvimento de células com alta capacidade de ciclagem (recarga rápida, regulação de frequência, frenagem regenerativa em veículos elétricos).
• Hibridização com baterias de lítio. Alguns fabricantes estão desenvolvendo conjuntos híbridos para veículos elétricos que combinam células de lítio (reserva de energia) com células de sódio (melhor desempenho em recarga rápida).

Não se prevê que essa tecnologia substitua as baterias de íons de lítio, mas sim que elas se complementem em sistemas híbridos ou que sejam aplicadas em setores sensíveis aos preços das baterias tradicionais. Já existem empresas de veículos elétricos que apostam nas baterias híbridas. Elas poderiam reduzir as perdas de autonomia em temperaturas frias de inverno, bem como diminuir os custos de fabricação do veículo —uma vez que a cadeia de suprimentos das baterias de sódio esteja implementada— sem sacrificar seu desempenho.

O uso exclusivo de baterias de íons de sódio é voltado para produtos nos quais a densidade energética não representa um problema. Por um lado, veículos leves, nos quais elas substituem as baterias de chumbo-ácido. Por outro lado, no armazenamento estacionário de energia, onde a segurança e o custo são mais importantes do que a densidade energética. A BloombergNEF projeta que a demanda por energia estacionária será até vinte vezes maior em 2030.

Graças às baterias de íons de sódio, a mobilidade elétrica pode se tornar mais barata, resiliente e independente da cadeia de energias fósseis. Uma vez superados os desafios, o próximo objetivo será comercializar essa tecnologia a baixo custo e em grande escala.