A verdadeira história por trás das baterias de estado sólido da Nissan

A Nissan pretende lançar um EV alimentado por baterias de estado sólido (SSBs) até 2028. Espera-se que os SSBs levem o segmento EV para o próximo nível, embora seja atualmente em crise. A Toyota e várias outras parcerias entre fabricantes de automóveis e baterias pretendem lançar os seus SSB no mercado de massa no período 2028/30.

Baterias de estado sólido
podem carregar e descarregar mais rapidamente e são mais seguras do que as baterias convencionais de íons de lítio porque o risco de incêndio é quase eliminado. Embora as histórias de como diferentes empresas desenvolveram os seus SSB sejam fascinantes, o caminho da Nissan é mais longo do que o da maioria e a tecnologia que utiliza é fantástica. Ela espera usar SSBs em todos os seus segmentos de veículos, incluindo suas populares picapes. Aqui está uma olhada não apenas na bateria que ela trará ao mercado, mas também em como ela chegou lá, e uma reviravolta inesperada em relação às baterias de íon de lítio para adoçar o negócio.

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O principal benefício das baterias de estado sólido em comparação com as baterias convencionais de íon de lítio é que elas têm uma densidade de energia significativamente maior.

Nissan tornará as baterias de estado sólido uma realidade em 2028

Como parte da sua visão de longo prazo, Ambição 2030, a Nissan lançará um VE com baterias de estado sólido até 2028. Estes SSB estão a ser desenvolvidos internamente, após anos de investigação com parceiros como a NASA e a Universidade da Califórnia. Essas baterias deveriam ter o dobro da capacidade energética das atuais de íons de lítio, carregar em um tempo muito mais curto, proporcionar um alcance muito melhor, custar menos e pesar menos. A Nissan espera usar esses SSBs em uma variedade de veículos, incluindo SUVs e grandes picapes.

Chave de velocidade de carregamento para reduzir custos

A Nissan pretende triplicar a velocidade de carregamento dos VEs com o SSB, passando de cerca de 130 kW para cerca de 400 kW. Esse carregamento de 400kW não é apenas mais rápido do que antes, mas a velocidade de carregamento também é mais consistente do que as antigas baterias de íons de lítio, onde a carga não será afetada pelo aumento da temperatura da bateria com a capacidade.

Esta velocidade de carregamento mais rápida significa que o EV pode ser carregado no mesmo tempo que leva para abastecer um veículo ICE com gasolina. Assim, podem ser instaladas baterias mais pequenas, resultando num veículo mais pequeno, mais leve e mais barato. A Nissan está a trabalhar em dois tamanhos de baterias: baterias mais pequenas, que proporcionarão uma experiência de condução semelhante à ICE, e baterias realmente grandes, para veículos que necessitam de uma autonomia enorme ou que necessitam de maior energia num intervalo de tempo mais curto.

Embora a Nissan tenha sido a primeira a comercializar com um preço acessível,

EV produzido em massa no Leaf
meio que parou por aí, levando 12 anos antes

lançando o Ariya
. Durante esse período, no entanto, a Nissan fez muitas pesquisas, até ao ponto em que abriu uma fábrica piloto de SSB. Esta planta piloto é a etapa essencial entre a prova do conceito e a resolução dos bugs, para que o conceito possa ser transformado em um produto de produção em massa.

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Parceria tecnológica Nissan e NASA

A maior parte da pesquisa SSB concentra-se na substituição de eletrólitos líquidos sensíveis ao calor e inflamáveis ​​por materiais sólidos. Em grande parte, eles deixam os outros elementos das baterias de íons de lítio no lugar. Estes incluem metais raros ou caros como cobalto e níquel. Se for possível eliminar estes metais, como a Nissan está a esforçar-se por fazer, os SSB não só seriam mais baratos, mas provavelmente teriam cadeias de abastecimento mais limpas e éticas. A mineração de cobalto, especificamente, é conhecida pelas violações dos direitos humanos e pelas más práticas ambientais.

Modelagem Computacional

A Nissan e a NASA usaram modelagem computacional de ponta chamada ciência computacional de materiais. Este é o uso de supercomputadores para criar, modelar e prever digitalmente as propriedades de novas combinações de materiais para encontrar aquelas que funcionariam em um SSB. Depois de milhões desses testes digitais, produziria uma pequena lista de combinações de candidatos. Eles serão então criados e testados em um laboratório para ver se funcionam também no mundo real. Este processo não só ajuda a desenvolver novos materiais, mas também tem a capacidade de encontrar novas propriedades em materiais existentes.

O papel da NASA

A NASA tem um histórico de trabalho com montadoras e de criação de veículos que estão literalmente fora deste mundo. Ela trabalhou com a General Motors para produzir os buggies lunares usados ​​pelo programa Apollo, e seus rovers de Marte estão entre os veículos mais conhecidos que construiu para explorar o espaço.

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Como funcionam as baterias de estado sólido

Uma bateria de íon de lítio possui um eletrodo positivo denominado cátodo e um eletrodo negativo denominado ânodo. Ele é carregado movendo íons de lítio do cátodo para o ânodo. A descarga, ou ao usar a bateria para alimentar o EV, faz com que os íons fluam de volta do ânodo para o cátodo. O cátodo e o ânodo são armazenamentos de lítio e afetam a capacidade de energia da bateria. Quanto mais armazenamento houver, maior será a capacidade. Há também o eletrólito que desempenha um papel na rapidez com que os íons se movem, com movimentos mais rápidos resultando em maior produção e tempos de carregamento mais curtos.

A diferença entre baterias de íons de lítio de estado líquido e sólido

O eletrólito em uma bateria convencional de íons de lítio é um composto orgânico líquido, geralmente hexafluorofosfato de lítio. Embora o eletrólito possa penetrar facilmente no cátodo e no ânodo e conduzir os íons de lítio para frente e para trás, as altas temperaturas irão quebrá-lo. Esses eletrólitos também são inflamáveis ​​e podem pegar fogo quando algo dá errado. Têm pontos de ebulição baixos e elevada volatilidade, o que limita as temperaturas às quais a bateria pode ser carregada ou utilizada para conduzir.

O eletrólito em um SSB é sólido, não volátil ou inflamável. É seguro, pode suportar altas temperaturas e não se deteriorará tão rapidamente quanto o composto líquido. A bateria pode ser carregada mais rapidamente em temperaturas mais altas. Os eletrólitos líquidos também podem reagir a certos materiais, o que limita o que pode ser usado para fazer o cátodo e o ânodo, mas com eletrólitos sólidos, os cátodos podem ser feitos com materiais mais baratos, enquanto os ânodos podem usar aqueles com maior densidade de energia.

Os desafios na fabricação de baterias de estado sólido

Então, se os SSBs são tão bons, por que ainda não os usamos? Como o eletrólito é sólido, os materiais no cátodo e no ânodo e o eletrólito entre eles devem ser distribuídos e espaçados uniformemente. Esses elementos devem estar perfeitamente misturados durante a produção e envoltos com pressão suficiente para manter essas condições.

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A bateria de íons de lítio ainda não acabou

Enquanto os fabricantes de automóveis se apressam a lançar os seus SSB no mercado, o preço das baterias de iões de lítio também despencou. A Nissan acredita que provavelmente ainda existem duas versões de baterias de íons de lítio que seriam viáveis, permanecendo no mercado mesmo com a introdução dos SSBs.

Uma das razões pelas quais as vendas de EV estagnaram nos últimos anos é porque os preços dos EV estão caindo, enquanto as baterias de íon-lítio estão cada vez melhores. Os compradores estão cansados ​​de comprar um EV caro agora, quando um modelo melhor e mais barato estará disponível em breve para reduzir o valor de revenda do carro atual. Esta realidade reflecte-se na popularidade dos híbridos neste momento, uma vez que ainda são mais baratos do que os EVs neste momento. No entanto, isso pode mudar em um futuro próximo.

As últimas e melhores baterias de íon de lítio

A Nissan espera uma bateria de íons de lítio nova, mais eficiente e mais barata no mercado antes do lançamento do SSB em 2028, seguida por uma nova para funcionar simultaneamente com o SSB. A nova bateria não conteria cobalto, o que poderia reduzir os custos em até 65%. Esta será uma opção radicalmente mais acessível e, em vez de competir com os SSB, abrirá o mercado de VE a um conjunto muito mais amplo de potenciais compradores.

As baterias de íon de lítio estão ficando mais baratas

Goldman Sachs publicou um estudo sobre o declínio nos preços das baterias EVmedido em dólares americanos por kWh. As baterias são o componente de maior custo num VE, mas de acordo com o estudo, os preços dos VE caíram de 153 dólares em 2022 para 149 dólares em 2023, e prevê-se que caiam para 111 dólares até ao final de 2024. O estudo sugere que este declínio está a acelerar. e poderá cair para US$ 80/kWh até 2026. Essas quedas de preços são para as atuais baterias de íons de lítio e são o resultado de melhorias na capacidade das baterias. tecnologia que aumentou a energia das baterias, bem como uma queda significativa nos preços dos metais utilizados na fabricação de baterias.

A US$ 80 por kWh, um VE alcançará a paridade de preço com os veículos ICE, o que significa que custarão o mesmo para serem fabricados com a mesma potência. Os VE têm melhor desempenho e custos de funcionamento mais baixos do que os ICE ou os híbridos, pelo que a paridade de preços seria muito provavelmente o ponto de viragem. Quando os SSB finalmente entrarem em acção, o seu custo global mais baixo por veículo deverá fazer com que os VE fiquem muito abaixo da paridade de preços. Melhores preços resultarão numa maior produção de VE, o que reduzirá ainda mais os preços dos SSB, e assim por diante.