De acordo com pt.wedoany.com-A equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Wuhan, em colaboração com a Universidade Xi'an Jiaotong, reduziu o problema de fissuração dos grãos em cátodos de baterias de íons de sódio durante os ciclos de carga e descarga, por meio do controle do formato dos grãos do óxido em camadas. O estudo utilizou o P2-Na0.75Ni0.25Mn0.75O2 como objeto de pesquisa e, ao encurtar a dimensão do eixo c, produziu grãos prismáticos mais finos, permitindo uma liberação mais eficiente da deformação da rede cristalina e reduzindo a concentração de tensões. O cátodo otimizado apresentou retenção de capacidade de 96,7% após 300 ciclos a uma taxa de 5 C, fornecendo uma rota de design microestrutural para melhorar a vida útil de ciclos das baterias de íons de sódio.

As baterias de íons de sódio estão sendo cada vez mais utilizadas em cenários de armazenamento de energia em larga escala, devido à abundância do sódio, sua ampla distribuição e compatibilidade com sistemas químicos de baterias de baixo custo. Os óxidos de metais de transição em camadas, como materiais de cátodo para baterias de íons de sódio, apresentam alta capacidade e boa escalabilidade, mas sua estabilidade mecânica é um ponto fraco. Durante a intercalação e desintercalação repetidas dos íons de sódio, a rede cristalina sofre expansão e contração não uniformes ao longo do eixo c, concentrando tensões no interior dos grãos e causando fissuras. As novas superfícies expostas, ao entrarem em contato com o eletrólito, aceleram as reações secundárias e a degradação da capacidade. Portanto, a liberação de tensões no nível microestrutural torna-se uma direção viável para melhorar a estabilidade do cátodo.

Esta pesquisa, liderada pela Universidade de Tecnologia de Wuhan (Wuhan University of Technology) e com a participação da Universidade Xi'an Jiaotong (Xi'an Jiaotong University), foi publicada online em 20 de maio de 2026 no periódico eScience Energy. O estudo concentrou-se no efeito do controle da dimensão do eixo c na evolução das tensões no cátodo P2-Na0.75Ni0.25Mn0.75O2 em camadas. Os resultados mostram que grãos mais finos reduzem o acúmulo de deformação, melhoram a dissipação de tensões, suprimem fissuras internas e prolongam a estabilidade cíclica da bateria.

A equipe de pesquisa preparou amostras de NaNMO com morfologia controlada (MT-NaNMO) e amostras de comparação com a mesma composição química (C-NaNMO), a fim de investigar isoladamente o papel da geometria dos grãos. Análises de difração de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) confirmaram que ambos os materiais mantêm a estrutura em camadas P2. O MT-NaNMO formou grãos primários prismáticos com espessura de aproximadamente 200 nm ao longo do eixo c, enquanto os grãos do C-NaNMO tinham cerca de 800 nm. A XRD in situ mostrou que as variações dimensionais da rede cristalina durante os ciclos de carga e descarga foram semelhantes entre as duas amostras, sendo a principal diferença o modo de acúmulo de tensões. A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) combinada com análise de fase geométrica (GPA) revelou que o MT-NaNMO apresenta franjas de rede estáveis e campo de deformação uniforme, enquanto o C-NaNMO exibe distorção da rede e deformação localizada. A análise de elementos finitos (FEA) demonstrou ainda que a redução da dimensão do eixo c torna a distribuição de tensões mais uniforme. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e testes de ciclagem mostraram que o MT-NaNMO apresenta transporte de íons de sódio mais rápido, menor resistência e melhor estabilidade de longo prazo.

A equipe de pesquisa acredita que este trabalho oferece uma abordagem para considerar a falha da bateria antes do aparecimento de danos visíveis. Os óxidos em camadas produzem um movimento de "respiração" repetido durante o armazenamento de íons de sódio; grãos mais espessos permitem que a deformação se acumule continuamente até a formação de fissuras, enquanto, ao encurtar a direção de maior concentração de tensões, o material pode liberar as tensões mais cedo e de forma mais uniforme. Este princípio pode fornecer uma referência no nível mecânico para o design de cátodos, além do controle de composição, ajudando a construir baterias de íons de sódio com estabilidade cíclica de longo prazo.

Os resultados da pesquisa têm significado prático para os sistemas de armazenamento de energia de próxima geração. A simples redução do tamanho geral das partículas pode melhorar a liberação de tensões, mas pode aumentar as reações secundárias na superfície e reduzir a densidade de compactação; o controle do eixo c, por sua vez, concentra-se na direção mais relevante para a tensão de tração e a fissuração interna dos grãos. O cátodo MT-NaNMO otimizado alcançou uma densidade de energia de aproximadamente 218,3 Wh kg−1 em uma célula completa emparelhada com um ânodo de carbono duro (HC), e manteve 92,6% da capacidade após 300 ciclos a uma taxa de 2 C. Essa estratégia microestrutural direcionada pode fornecer baterias de íons de sódio mais confiáveis e de menor custo para armazenamento de energia renovável e aplicações em escala de rede elétrica.