esenvolvimento e caracterização eletroquímica da fase olivina de NaFePO4 para aplicações como cátodo em baterias aquosas de inserção de íon-sódio

baterias de inserção; LiFePO4; NaFePO4; olivina; eletroquímica

O agravamento das mudanças climáticas tem impulsionado a expansão de fontes renováveis e a eletrificação veicular, ampliando a demanda por soluções eficientes de armazenamento de energia. No Brasil, o crescimento da frota eletrificada reforça esse cenário, destacando a importância de baterias de inserção. As baterias de íon-lítio, amplamente utilizadas, enfrentam limitações devido à escassez do lítio, incentivando o desenvolvimento de alternativas mais abundantes, como as baseadas em íons sódio. Dentre os materiais catódicos, o fosfato de ferro sódio (NaFePO4) destaca-se por seu baixo custo, menor impacto ambiental e capacidade teórica elevada (154 mAhg-1). No entanto, sua fase maricita, mais estável, apresenta baixa atividade eletroquímica, ao passo que a fase olivina, embora metaestável, exibe desempenho superior. Contudo, a síntese direta dessa fase olivina apresenta desafios, especialmente frente ao maior raio iônico do Na+ em comparação ao Li+, o que impõe requisitos difusionais mais exigentes. Este estudo, empregou uma rota sintética mais sustentável para obtenção de NaFePO4 do tipo olivina, baseada na deslitiação química do LiFePO4, seguida de sodiação química, permitindo tanto a reciclagem de cátodos de LiFePO4 quanto a conversão eficiente para NaFePO4 com estrutura olivina. A identidade estrutural foi confirmada por difração de raios X, com suporte de análises por microscopia eletrônica de varredura e transmissão, mapeamento de EDS e XPS. A avaliação eletroquímica foi realizada em células de três eletrodos com eletrólitos aquosos: 1 M Na2SO4 para NaFePO4 e 1 M Li2SO4 para LiFePO4. Ensaios de voltametria cíclica, carga/descarga galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica revelaram desempenho superior do NaFePO4, com capacidade específica de 100,55 mA h g-1 frente a 90,25 mA h g-1 para o LiFePO4, ambos em taxa 0,1 C. Ensaios complementares em eletrólitos orgânicos (LiPF6 e NaPF6 em EC:DMC) indicaram melhor desempenho para o sistema litiado, atribuído a diferenças de adsorção iônica, solvatação e condutividade. Por fim, após 50 ciclos em meio aquoso, o NaFePO4 manteve 73% da capacidade inicial indicando que a estrutura sintetizada apresenta propriedades estruturais e morfológicas promissoras para aplicação em baterias de íon-sódio.