Energia
Baterias Sólidas de Sódio & Hidrogênio Desafiam o Lítio
Além do Lítio-Ion
Com a eletrificação de todas as formas de transporte, começando pelos carros e em breve também abrangendo caminhões, navios e possivelmente até aviões, o armazenamento em baterias tornou‑se a tecnologia chave da década.
Inicialmente, foi dominada pela tecnologia de íons de lítio, graças à experiência na sua fabricação para eletrônicos pequenos e às propriedades elétricas inerentes ao lítio.
No entanto, a tecnologia de íons de lítio apresenta algumas questões‑chave que podem limitar sua adoção:
- É mais cara e mais rara que outros metais, potencialmente limitando sua aplicação a baterias de ultra‑alta densidade ou produtos de alto padrão.
- Tende a formar dendritos metálicos que podem causar falhas catastróficas e incêndios nas baterias.
- Funciona mal em temperaturas de congelamento, tornando‑a inadequada para climas frios e armazenamento fixo em regiões geladas.
Por todas essas razões, cientistas e fabricantes de baterias têm explorado químicas alternativas. Uma delas é o uso de sódio, um dos componentes do sal marinho ultra‑abundante e barato.
As baterias de íons de sódio estão prestes a alcançar a fase de produção em massa, com a empresa CATL (300750.SZ) liderando esse campo.
“Não se trata de sódio versus lítio. Precisamos de ambos. Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia de amanhã, devemos imaginar que a mesma gigafábrica pode produzir produtos baseados tanto em químicas de lítio quanto de sódio,”
Shirley Meng– Professora em Engenharia Molecular na UChicago PME.
Ainda assim, tanto as baterias de íons de lítio quanto as de íons de sódio são esperadas como um degrau rumo a uma forma superior de tecnologia de baterias: baterias de estado sólido.
Inicialmente focada no lítio, a tecnologia de estado sólido agora está se expandindo para novas direções. Por exemplo, discutimos anteriormente a possibilidade de uma bateria de estado sólido sem ânodo baseada em sódio.
Um novo estudo revelou que uma forma metastável do eletrólito sólido de sódio pode ser usada para criar baterias de estado sólido de sódio que não são apenas mais densas em energia, mas também mantêm o desempenho mesmo em temperaturas abaixo de zero.
Este trabalho foi realizado por cientistas da University of California, da University of Chicago e da National Taiwan University of Science and Technology, e foi publicado na revista Joule1 sob o título “Closo‑hidroboretos de sódio metastáveis para baterias totalmente sólidas com cátodos espessos”.
Desafios dos Eletrólitos de Estado Sólido
Em uma bateria “normal”, o cátodo e o ânodo são separados por um eletrólito líquido. Esse eletrólito é muito útil, mas também muito pesado, e a principal causa de incêndio em baterias defeituosas.
É por isso que substituí‑lo por uma camada de material sólido torna a bateria não apenas muito mais densa, mas também mais segura. No entanto, manter esse eletrólito sólido estável e sem inchaço ao carregar ou descarregar a bateria (causando fissuras) tem sido um problema.
Os eletrólitos sólidos de sódio têm um problema adicional, pois apresentam condutividade iônica limitada à temperatura ambiente.
Uma alternativa poderia ser usar um material como o hidroboretos de sódio, conhecido por ter uma condutividade iônica muito alta. Mas, para isso, sua forma metastável precisa ser mantida em uma bateria em escala.
“Esta estrutura metastável do hidroboretos de sódio tem uma condutividade iônica muito alta, pelo menos uma ordem de magnitude maior que a relatada na literatura, e de três a quatro ordens de magnitude maior que o precursor em si.”
Shirley Meng– Professora em Engenharia Molecular na UChicago PME.
Estabilizando Eletrólitos Sólidos de Sódio
Ao produzir uma bateria com hidroboretos de sódio, o material tende a mover‑se para uma estrutura estável ao esfriar, separando as moléculas NaBH4 de Na2B12H12.
Uma forma metastável existe em alta temperatura, misturando os dois cristais, permitindo um movimento muito mais rápido do sódio na bateria, resultando em maior capacidade elétrica.
Fonte: Joule
Ao esfriar rapidamente, o material permanece em forma metastável, o cristal mantém sua estrutura, em vez de retornar a uma forma estável. Esse tipo de resfriamento rápido, também chamado de têmpera, é um método chave usado na fabricação, notavelmente na metalurgia para aço e outros metais.
Fonte: Joule
Técnica Conhecida para Escalabilidade
Já se sabia que, para estabilizar uma estrutura química, a têmpera (resfriamento rápido) costuma ser um método útil. No entanto, isso nunca havia sido demonstrado em um eletrólito de estado sólido até agora.
O fato de que isso é uma prática amplamente aceita pode ajudar muito a tornar essa técnica escalável e adotada pelos fabricantes de baterias.
“Como essa técnica está estabelecida, estamos mais aptos a escalar no futuro.
Se você está propondo algo novo ou há necessidade de mudar ou estabelecer processos, a indústria será mais relutante em aceitá‑los.
Sam Oh– Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura.
Eletrodo Espesso & Temperaturas Frias
A maioria dos projetos de estado sólido tenta projetar um cátodo ultra‑fino para maximizar a superfície de contato e limitar a quantidade de material “inútil” que não armazena energia.
A têmpera resolve esse problema criando poros permanentes onde o íon sódio pode circular.
“Combinar essa fase metastável com um cátodo tipo O3 que foi revestido com um eletrólito sólido à base de cloreto pode criar cátodos espessos, de alta carga areal, que colocam esse novo design além das baterias de sódio anteriores.”
Sam Oh– Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura.
Isso cria um potencial de design interessante, pois tornar o eletrodo mais espesso deve, neste caso específico, melhorar a bateria, em vez de piorá‑la.
“Quanto mais espesso for o cátodo, maior será a densidade energética teórica da bateria – a quantidade de energia armazenada em uma área específica – melhora,”
Sam Oh– Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais em Cingapura.
Ao testar o cátodo, os pesquisadores descobriram que o desempenho se manteve em temperatura ambiente e até abaixo de zero — uma vantagem notável para operação em climas frios comparada com o Li‑ion convencional de eletrólito líquido — embora a superioridade mais ampla em nível de sistema em relação ao Li‑ion comercial ainda não tenha sido demonstrada.
Hidrogênio como Portador de Carga
Ao discutir hidrogênio em relação ao transporte e energia verde, geralmente nos referimos ao dihidrogênio (H2) e sua combustão ou oxidação em motores ou células de combustível dedicados.
Mas o hidrogênio pode ter potencial como componente chave de baterias no futuro também, substituindo lítio ou sódio. Nesse caso, usa‑se hidreto (H-) em vez disso.
Como o hidrogênio é o elemento mais abundante do Universo, isso pode torná‑lo especialmente útil para um mundo que busca ser totalmente eletrificado e operar com energia verde e baterias.
Pesquisadores chineses da University of Chinese Academy of Sciences, da University of Science and Technology of China (USTC), da Jilin University e do Laboratório Nacional de Catalisadores da República Popular da China revelaram na prestigiosa revista científica Nature2 o conceito de uma bateria de íons hidreto de estado sólido, sob o título “Uma bateria recarregável de íons hidreto totalmente sólida em temperatura ambiente”.
Íons Hidreto
As baterias utilizam um portador de carga negativo para transportar elétrons entre o ânodo e o cátodo. Em teoria, os íons hidreto (H−) são mais energéticos, polarizáveis e reativos que cátions como lítio ou sódio.
O hidrogênio também é o átomo mais pequeno, tornando‑o especialmente leve, um ponto chave para baterias usadas em transporte.
No entanto, apesar dessas vantagens bem conhecidas, os íons hidreto não foram usados em baterias até agora, pois nenhum eletrólito conseguiu oferecer a combinação de movimento rápido de íons, estabilidade térmica e compatibilidade com o eletrodo que tais sistemas exigem.
Combinando Condutividade à Estabilidade
Os pesquisadores sintetizaram um novo hidreto compósito núcleo‑cápsula, 3CeH3@BaH2, onde uma fina camada de BaH2 encapsula CeH3. Essa estrutura aproveita a alta condutividade de íons hidreto de CeH3 e a estabilidade de BaH2.
Usando esse compósito de cápsula como bloco de construção, os pesquisadores criaram um protótipo de íon hidreto totalmente sólido CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4. NaAlH4, um material clássico de armazenamento de hidrogênio, foi usado como componente ativo do cátodo.
Eliminando Dendritos para Sempre?
Além da alta capacidade energética, os íons hidreto têm outra grande vantagem: ao contrário dos cátions metálicos, eles não podem se agrupar para formar dendritos, a causa raiz da maioria das falhas de bateria após muitos ciclos de carga‑descarga, causando curtos‑circuitos e incêndios.
Portanto, pode ser o caminho para armazenamento de energia seguro, eficiente e sustentável.
No entanto, essa tecnologia está muito menos madura que as baterias de lítio ou mesmo as de sódio, sendo necessário progresso na durabilidade desse design.
Por enquanto, os pesquisadores conseguiram criar uma alta densidade de energia de 984 mAh/g à temperatura ambiente. Mas a capacidade da bateria diminuiu para 402 mAh/g após apenas 20 ciclos.
O Futuro das Baterias de Estado Sólido
No curto prazo, as baterias que utilizam a tecnologia de íons de lítio provavelmente permanecerão como base da energia verde e dos veículos elétricos.
Entretanto, no médio prazo, as baterias de estado sólido ou de sódio (e sódio de estado sólido) podem substituir o domínio das baterias de íons de lítio, especialmente se conseguirem oferecer densidade de energia suficientemente alta a um preço menor.
O carregamento rápido das baterias de estado sólido também pode ser um argumento para motoristas relutantes em mudar para veículos elétricos ou para aplicações comerciais.
Durabilidade e tolerância a temperaturas frias também serão fatores na equação, com potencialmente uma ampla variedade de químicas de baterias paralelas coexistindo ao longo da década de 2030, com algumas baterias especializadas para veículos elétricos em climas frios.
Você pode ler mais sobre esses tópicos em nossos artigos a seguir:
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| Tipo de Bateria | Densidade de Energia | Vida Útil de Ciclos | Custo | Maturidade |
|---|---|---|---|---|
| Lítio‑Ion | 250–300 Wh/kg | 1.000+ ciclos | Alto | Comercial |
| Sódio‑Ion | 160–200 Wh/kg | 1.000+ ciclos | Mais Baixo | Escalando (CATL) |
| Estado Sólido (Lítio) | 350–500 Wh/kg | >2.000 ciclos (meta) | Alto (P&D) | Piloto (2026–27) |
| Íon Hidreto | 984 mAh/g (protótipo) | 20 ciclos (atual) | Desconhecido | Pesquisa Inicial |
Empresa de Baterias de Estado Sólido
QuantumScape
(QS )
Desde sua fundação em 2010, a QuantumScape da Califórnia tem sido uma startup proeminente no espaço de baterias de estado sólido, notável por sua entrada precoce no campo e sua independência de grandes fabricantes de baterias que também buscam tecnologia de estado sólido, como a CATL (300750.SZ), Samsung ou LG Energy Solution (373220.KS).
Fonte: QuantumScape
Uma característica única das baterias QuantumScape, que no momento de sua revelação foi considerada revolucionária, é que utilizam um design sem ânodo.
Permite carga rápida de ~15 minutos (10‑80 % a 45 ºC) e o separador é não inflamável e não combustível.
Fonte: QuantumScape
Isso também coloca as baterias QuantumScape em uma categoria própria quando se trata de densidade de energia e velocidade de carregamento, superando massivamente líderes como a Tesla (tanto seu próprio design quanto os feitos pela CATL).
Fonte: QuantumScape
No entanto, esses desempenhos notáveis têm sido regularmente prejudicados por dificuldades em ampliar a produção. Isso também forçou a empresa a queimar seu caixa, levando à diluição dos investidores anteriores e à queda nos preços das ações.
Isso parece estar mudando desde o acordo de 2024 com a PowerCo, a divisão de baterias do Grupo Volkswagen, para um acordo de licenciamento do design e produção em massa das baterias QuantumScape pela PowerCo.
Sob o acordo de licenciamento não exclusivo, a PowerCo pode fabricar até 40 gigawatts‑hora por ano de baterias para veículos elétricos, com a opção de expandir para 80 GWh por ano.
O repentino aumento de escala da produção da QuantumScape está ligado a Cobra, o equipamento de separador de bateria de estado sólido de próxima geração da empresa, um avanço na fabricação de cerâmicas.
No geral, o Cobra deve ser integrado à produção em 2025, e o primeiro veículo elétrico acabado usando baterias QuantumScape deve ser produzido em 2026.
Fonte: QuantumScape
Isso pode ser um ponto de virada para a empresa, passando 16 anos após sua fundação de uma startup promissora com IP interessante para gerar receitas crescentes a partir de uma parceria com um dos maiores fabricantes de automóveis do mundo.
A relação com a PowerCo está se aproximando em 2025, com baterias de estado sólido usadas em uma motocicleta Ducati, e como a PowerCo fornecerá até US$ 131 milhões em novos pagamentos nos próximos dois anos quando a equipe conjunta de escala atingir certos marcos.
“Este acordo ampliado é um sinal claro do crescente alinhamento estratégico, técnico e financeiro entre as duas empresas.
Reflete nossa confiança compartilhada no QSE‑5 como uma plataforma revolucionária para a indústria de baterias.”
Dr. Siva Sivaram – CEO e presidente da QuantumScape.
Enquanto isso, os investidores ainda devem esperar alguma volatilidade no preço das ações, mas com uma luz no fim do túnel de desenvolvimento do produto.
(Você também pode conferir outras empresas de baterias nos EUA e no exterior em nosso artigo Top 10 Ações de Baterias para Investir).
Estudo Referenciado
1. Jin An Sam Oh, et al. Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes. Joule. 102130. 16 de setembro de 2025. https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00311-3
2. Jirong Cui, et al. A room temperature rechargeable all-solid-state hydride ion battery. Nature. 17 setembro de 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09561-3
