As baterias de íons de lítio são as mais usadas atualmente em diversos dispositivos eletrônicos, como celulares, notebooks, tablets, câmeras, entre outros. Elas também são aplicadas em veículos elétricos e em sistemas de armazenamento de energia renovável. No entanto, as baterias de íons de lítio têm alguns problemas, como o alto custo, a escassez de recursos, o impacto ambiental e a segurança. Por isso, há uma busca constante por materiais alternativos que possam substituir o lítio nas baterias e oferecer vantagens como menor preço, maior sustentabilidade, maior capacidade e maior estabilidade.
Nesse contexto, a inteligência artificial (IA) da Microsoft fez uma descoberta surpreendente: um material substituto para a bateria de íons de lítio que pode reduzir o uso de lítio em até 70% e tem uma boa capacidade de armazenamento de energia. Esse material é o sódio (Na), um elemento químico mais barato e abundante do que o lítio. O sódio pode ser encontrado na água do mar e em reservas salinas do mundo inteiro, o que facilita a sua obtenção e reduz o seu impacto ambiental. Além disso, o sódio é menos tóxico e mais estável do que o lítio, o que aumenta a sua segurança e a sua durabilidade.
Como a IA da Microsoft descobriu o sódio?
A descoberta do sódio como material substituto para a bateria de íons de lítio foi feita usando IA avançada e computação de alto desempenho, que combinam um grande número de computadores para resolver tarefas científicas e matemáticas complexas. A IA da Microsoft analisou 32 milhões de potenciais materiais inorgânicos e selecionou 18 candidatos promissores em menos de uma semana. Um desses candidatos acabou escolhido para testes adicionais e usado para alimentar uma lâmpada.
A IA da Microsoft usou um algoritmo avançado chamado Crystal Graph Neural Networks (CGNN), que é capaz de prever as propriedades físicas e químicas dos materiais a partir da sua estrutura cristalina. O algoritmo aprende com os dados disponíveis na literatura científica e nos bancos de dados de materiais, e usa essa informação para gerar novos materiais virtuais. O algoritmo também usa técnicas de otimização e filtragem para selecionar os materiais mais adequados para as baterias.
A computação de alto desempenho acelera o processo de análise e seleção dos materiais, usando a infraestrutura de nuvem da Microsoft Azure. Aliás, a computação de alto desempenho permite usar vários computadores em paralelo, aumentando a velocidade e a eficiência do cálculo. Além disso, essa computação também permite usar recursos computacionais sob demanda, reduzindo os custos e o consumo de energia.
A descoberta do sódio como material substituto para a bateria de íons de lítio foi fruto de uma parceria entre a Microsoft e o Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), um centro de pesquisa do Departamento de Energia dos Estados Unidos. A parceria visa explorar novos materiais e aplicações usando a IA e a computação de alto desempenho, contribuindo para o avanço da ciência e da tecnologia.
Quais são as vantagens do sódio em relação ao lítio?
O sódio é um elemento químico que tem várias vantagens em relação ao lítio, especialmente no que diz respeito ao custo, à sustentabilidade, à segurança e à versatilidade. Algumas das vantagens do sódio são:
- O sódio é mais barato e abundante do que o lítio, pois é encontrado na água do mar e em reservas salinas do mundo inteiro. O preço médio do lítio em 2023 foi de US$13.000 por tonelada, enquanto o do sódio foi de US$150 por tonelada. Isso significa que o lítio é cerca de 87 vezes mais caro do que o sódio. Portanto, as baterias de íons de sódio podem reduzir significativamente os custos de armazenamento de energia e torná-los mais acessíveis.
- O sódio é mais sustentável do que o lítio, pois tem um menor impacto ambiental na sua extração, no seu processamento e no seu descarte. A extração de lítio consome grandes quantidades de água, afetando os ecossistemas e as comunidades locais, especialmente em regiões áridas e salinas. O processamento de lítio gera emissões de gases de efeito estufa, resíduos tóxicos e poluição da água e do solo. O descarte inadequado das baterias contamina o meio ambiente com metais pesados e substâncias perigosas, além de desperdiçar recursos valiosos. O sódio, por outro lado, pode ser obtido de forma mais simples e ecológica, e pode ser reciclado com mais facilidade.
Segurança
- O sódio é mais seguro do que o lítio, pois é menos tóxico e mais estável. O lítio pode causar efeitos colaterais na saúde humana, como náuseas, vômitos, diarréia, tremores, sede, ganho de peso, alterações na tireoide, problemas renais e cardíacos, entre outros. O lítio também pode interagir com outros medicamentos e substâncias, como anti-inflamatórios, antidepressivos, cafeína e álcool, podendo aumentar ou diminuir os seus efeitos. Além disso, o lítio pode provocar intoxicação se usado em doses excessivas ou se houver alterações na hidratação ou na função renal. O sódio, por outro lado, é menos danoso ao organismo e tem um papel importante na regulação osmótica e no equilíbrio ácido-base do corpo humano.
- O sódio é mais versátil do que o lítio, pois contempla diferentes tipos de baterias, como as de metal-sódio, as de sódio-enxofre, as de sódio-níquel-cloro e as de íons de sódio. Cada tipo de bateria tem as suas características e vantagens, como a alta densidade de potência, a alta temperatura de operação, a alta capacidade de ciclagem e a alta segurança. O sódio também é combinável com outros materiais, como o magnésio, o cálcio, o potássio e o alumínio, para criar novas ligas e compostos com propriedades melhoradas.
Quais as desvantagens do sódio em relação ao lítio?
O sódio é um elemento químico que tem algumas desvantagens em relação ao lítio, principalmente no que diz respeito à capacidade de armazenamento de energia, à eficiência e à disponibilidade de materiais adequados para os eletrodos. Algumas das desvantagens do sódio são:
- O sódio tem uma menor capacidade de armazenamento de energia do que o lítio, o que significa que as baterias de íons de sódio podem armazenar menos energia por unidade de peso do que as baterias de íons de lítio. A densidade de energia das baterias de íons de sódio é de cerca de 100 Wh/kg, enquanto a das baterias de íons de lítio é de cerca de 250 Wh/kg. Isso significa que as baterias de íons de sódio são mais pesadas e maiores do que as baterias de íons de lítio para a mesma quantidade de energia. Isso pode limitar a sua aplicação em dispositivos que exigem alta energia, mas não alta potência, como celulares, notebooks, tablets, câmeras, entre outros.
- O sódio tem uma menor eficiência do que o lítio, o que significa que as baterias de íons de sódio perdem mais energia durante o processo de carga e descarga do que as baterias de íons de lítio. A eficiência das baterias de íons de sódio é de cerca de 80%. Já a das baterias de íons de lítio é de cerca de 90%. Isso significa que as baterias de íons de sódio precisam de mais energia para carregar e fornecem menos energia. Isso pode afetar a sua performance e a sua autonomia.
Menor disponibilidade que o lítio
- O sódio tem uma menor disponibilidade de materiais adequados para os eletrodos do que o lítio. O que significa que as baterias de íons de sódio têm mais dificuldade para encontrar materiais que possam armazenar e liberar os íons de sódio de forma eficiente e estável. Os materiais mais usados para os eletrodos das baterias de íons de sódio são os óxidos, os fosfatos, os polianions e os carbonos. No entanto, esses materiais têm limitações como a baixa condutividade, a baixa capacidade, a baixa estabilidade e a baixa reversibilidade. Por isso, há uma necessidade de desenvolver novos materiais que possam superar esses desafios e melhorar o desempenho das baterias de íons de sódio.
Qual é o futuro das baterias de íons de sódio?
O futuro das baterias de íons de sódio é promissor, pois elas podem oferecer vantagens como menor custo, maior sustentabilidade, maior segurança e maior versatilidade. Segundo os especialistas, as baterias de íons de sódio podem dominar o mercado de armazenamento de energia estacionário. Onde o preço e a durabilidade são fatores importantes. Além disso, as baterias de íons de sódio podem ser produzidas nas mesmas instalações das baterias de íons de lítio. Isso facilita a sua transição e adoção.
No entanto, as baterias de íons de sódio ainda enfrentam alguns desafios. Assim como a menor capacidade de armazenamento de energia, a menor eficiência e a menor disponibilidade de materiais adequados para os eletrodos. Por isso, as pesquisas e os desenvolvimentos nessa área continuam avançando, buscando melhorar o desempenho e a confiabilidade das baterias de íons de sódio.
A Microsoft e o PNNL, que são os responsáveis pela descoberta do sódio como material substituto para a bateria de íons de lítio, pretendem continuar explorando novos materiais e aplicações usando a IA e a computação de alto desempenho. Eles esperam que a sua descoberta possa contribuir para o avanço da ciência e da tecnologia, e para o benefício da sociedade e do meio ambiente.
Em última análise…
As baterias de íons de lítio são as mais usadas atualmente em diversos dispositivos eletrônicos, mas têm alguns problemas. Assim como o alto custo, a escassez de recursos, o impacto ambiental e a segurança. Por isso, há uma busca constante por materiais alternativos que possam substituir o lítio nas baterias e oferecer vantagens como menor preço, maior sustentabilidade, etc
A IA da Microsoft fez uma descoberta surpreendente: um material substituto para a bateria de íons de lítio. Isso pode reduzir o uso de lítio em até 70% e tem uma boa capacidade de armazenamento de energia. Esse material é o sódio, um elemento químico mais barato e abundante do que o lítio. O sódio pode ser encontrado na água do mar e em reservas salinas do mundo inteiro. Isso facilita a sua obtenção e reduz o seu impacto ambiental. Além disso, o sódio é menos tóxico e mais estável do que o lítio, o que aumenta a sua segurança e a sua durabilidade.
A descoberta do sódio como material substituto para a bateria de íons de lítio aconteceu usando IA avançada e computação de alto desempenho. Ela que combinam um grande número de computadores para resolver tarefas científicas e matemáticas complexas. A IA da Microsoft analisou 32 milhões de potenciais materiais inorgânicos e selecionou 18 candidatos promissores em menos de uma semana. Um desses candidatos acabou escolhido para testes adicionais e usado para alimentar uma lâmpada.
 da Microsoft descobriu o sódio como um ótimo substituto para as baterias de lítio. Entenda!){kind=link}