Baterias de iões de sódio: estudo da BAM revela necessidade de investigação sobre segurança
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O Instituto Federal de Investigação e Ensaio de Materiais (BAM), juntamente com o Centro Europeu de Radiação Sincrotrónica (ESRF) e o Instituto Fraunhofer de Dinâmica de Alta Velocidade (EMI), investigou a segurança das baterias de iões de sódio. Este tipo de bateria é considerado uma alternativa sustentável às baterias de iões de lítio. Os resultados do estudo demonstram que os mecanismos de segurança comprovados não são automaticamente eficazes para todas as tecnologias de baterias, mas devem ser especificamente adaptados à composição química e à conceção das células das novas baterias.
Nas investigações, os danos mecânicos a uma bateria de iões de sódio foram simulados utilizando o chamado ensaio de penetração de pregos. Este ensaio é um procedimento internacionalmente reconhecido para avaliar o comportamento de segurança das baterias. Consiste em perfurar deliberadamente uma célula com um pino metálico, de modo a desencadear um evento de dano crítico.
O objetivo era descobrir se a bateria - semelhante às baterias de iões de lítio - entra numa reação térmica perigosa, na qual a célula aquece fortemente e pode incendiar-se ou explodir, e se os mecanismos de segurança incorporados são eficazes. Devido aos seus materiais economizadores de recursos e às potenciais vantagens em termos de custos, as baterias de iões de sódio são consideradas uma alternativa promissora aos sistemas de iões de lítio.
Utilizando imagens de raios X de alta velocidade numa câmara de ensaio especialmente desenvolvida pelo Instituto Fraunhofer para a Dinâmica de Alta Velocidade (EMI), os investigadores da Instalação Europeia de Radiação Sincrotrónica em Grenoble conseguiram, pela primeira vez, visualizar em tempo real os processos internos das baterias de iões de sódio durante um evento crítico. Dois outros tipos de baterias com diferentes mecanismos de segurança e propriedades químicas foram também analisados em comparação direta: uma bateria clássica de iões de lítio com um cátodo de níquel-manganês-cobalto, amplamente utilizada em veículos eléctricos e dispositivos portáteis, e uma bateria de lítio-ferro-fosfato. Este tipo de bateria é considerado particularmente seguro e é frequentemente utilizado em sistemas de armazenamento estacionários.
Os resultados revelaram diferenças claras de comportamento: A bateria de fosfato de ferro e lítio revelou-se particularmente estável. A bateria de iões de lítio com um cátodo de níquel-manganês-cobalto reagiu de forma controlada - os seus mecanismos de segurança funcionaram como previsto. O comportamento da bateria de iões de sódio foi surpreendente: aqui, ocorreu um processo quase explosivo. No entanto, isto não foi causado pela química da célula em si, mas por uma falha no sistema de ventilação da célula, que é suposto assegurar a libertação do excesso de pressão. No entanto, devido ao rápido aumento da pressão, o sistema de ventilação foi bloqueado por outros componentes do equipamento de segurança, o que levou à reação abrupta e violenta.
"As nossas investigações mostram que os mecanismos de segurança não podem ser simplesmente transferidos de uma tecnologia de bateria para outra", explica Nils Böttcher, Diretor do Centro de Testes de Baterias da BAM. "Especialmente com novos tipos de baterias, como as células de iões de sódio, os componentes mecânicos, como os sistemas de ventilação, têm de ser especificamente adaptados e testados. Os nossos resultados não põem em causa a segurança fundamental da tecnologia de iões de sódio, mas sublinham a necessidade de considerar conjuntamente a composição química e a conceção da segurança. Por conseguinte, a BAM está ativamente envolvida no desenvolvimento de normas e padrões no domínio da segurança das baterias de iões de sódio".
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