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Jan 13, 2024

Será sólido

Décadas de trabalho árduo foram dedicadas ao aprimoramento da tecnologia de baterias de íons de lítio (íon-lítio). Embora o desempenho tenha melhorado e os custos tenham diminuído, os avanços não conseguiram eliminar a ansiedade de autonomia.

Décadas de trabalho árduo foram dedicadas ao aprimoramento da tecnologia de baterias de íons de lítio (íon-lítio). Embora o desempenho tenha melhorado e os custos tenham diminuído, os avanços não conseguiram eliminar a ansiedade de autonomia. As baterias de estado sólido serão capazes de fazer isso?

Especialmente prevalente entre os “novos” condutores de veículos elétricos (EV), a ansiedade de autonomia é um problema com muitas causas. Estes incluem a flagrante falta de infra-estruturas públicas de carregamento e o desempenho desanimador da actual tecnologia de baterias de iões de lítio. O preço também é um fator: por que mudar para a eletricidade se isso acarreta ansiedade de autonomia e um preço de etiqueta mais alto?

De acordo com a Associação Internacional de Energia, a média global para um novo veículo elétrico a bateria em 2021 foi de pouco mais de US$ 36.000 – uma queda de 7% em relação a 2020. O preço de um novo veículo elétrico híbrido plug-in (PHEV) permaneceu estável em US$ 51.000. Apesar do influxo de modelos de veículos elétricos chineses de preços mais baixos, o preço médio ponderado por volume (VWAP) dos veículos elétricos está projetado em cerca de US$ 52.800 para todo o ano de 2023, diz Statista.

Uma grande parte do preço de um VE é a bateria. Uma tecnologia diferente poderia oferecer melhorias tanto em preço quanto em alcance? Cue as baterias de estado sólido (SSBs) e suas primas, as baterias de estado semi-sólido (SSSBs).

Uma bateria de lítio consiste em um cátodo e um ânodo, separados por um eletrólito líquido, permitindo a passagem de elétrons, permitindo assim a geração de energia para EVs. Em comparação com as baterias de íon-lítio, um SSB utiliza um eletrólito sólido, que também desempenha a função de separador. Os SSBs oferecem maior estabilidade com uma estrutura sólida e muito mais segurança graças à manutenção da sua forma mesmo quando danificados. Os SSBs têm diferenças críticas em comparação com as baterias de íon-lítio:

Fonte: Flashbattery

O ciclo de vida dos SSBs também é muito mais longo, com alguns SSBs mostrando o potencial de sustentar 90% da capacidade após 5.000 ciclos, de acordo com a Topspeed (para o íon-lítio convencional, a vida útil é entre 2.000-3.000 ciclos, mas o ferro-lítio baterias de fosfato, LiFePO4 ou LFP, chegam a 4.000).

De acordo com John B. Goodenough, co-desenvolvedor da tecnologia de baterias de íon-lítio, e a pesquisadora Maria H. Braga, as 'baterias de estado sólido de vidro' podem oferecer três vezes a densidade de energia usando um ânodo de metal alcalino (lítio, sódio ou potássio) e um ciclo de vida mais longo. Além disso, um SSB que utiliza eletrólitos de vidro pode funcionar em temperaturas tão baixas quanto -20°C.

Usados ​​em vários dispositivos, como relógios inteligentes e marca-passos, os SSBs exigiram um processo completo para ficarem prontos para a indústria de veículos elétricos. Os SSB têm uma importância inevitável para os VE, preparados para iniciar uma nova era na indústria. Mais importante ainda, o surgimento dos SSB assinalará o fim definitivo dos motores de combustão interna (ICE), que se espera que se tornem inúteis quando as baterias de iões de lítio e SSB se tornarem amplamente adaptadas, previsivelmente no início da década de 2030.

Os SSB aumentarão significativamente a autonomia dos VE, oferecendo o dobro da quilometragem com quase metade do preço em comparação com as baterias de iões de lítio. Com muitos OEMs interessados ​​na tecnologia, espera-se que o alcance médio de um VE atinja 1.000-1.200 km e seja capaz de carregar em apenas 10 minutos, de acordo com a Toyota.

Não é novidade que quase todos os grandes fabricantes de automóveis estão interessados ​​em baterias de nova geração, e alguns já estão a trabalhar fortemente em SSBs.

Protótipo SSB da Toyota. Fonte: Toyota

Junto com os SSBs, a tecnologia de baterias de estado semissólido foi desenvolvida há algum tempo, liderada pelo M24. Uma bateria semissólida possui um eletrodo com eletrólito líquido e outro sem. Baterias semissólidas pequenas, estáveis ​​e mais seguras também têm maior densidade de energia e são mais baratas que as baterias de íon-lítio. De drones a dispositivos vestíveis inteligentes, as baterias de estado semissólido oferecem uma ampla variedade de áreas de uso, incluindo veículos elétricos.

Em 2015, a 24M anunciou um novo design de célula de bateria de lítio semissólida que reduziria os custos em cerca de 50%. Quatro anos depois, 24M disse à tecnologia Dual Electrolyte, apresentada como uma camada de melhoria a ser adicionada ao LFP para armazenamento e às baterias NMC para aplicações de mobilidade. Em 2022, a 24M disse que simplificou o design da bateria de íons de lítio, reduzindo a necessidade de materiais inativos em até 80%, custos em 40% e fornecendo células de íons de lítio com densidade de energia entre 400-500 Wh/kg, feitas especificamente para a indústria da aviação. A solução da 24M refere-se a outros mercados, incluindo VEs e armazenamento de energia.