.
Resumo
- As baterias de estado sólido oferecem diversas vantagens em relação às baterias tradicionais de íons de lítio, incluindo a ausência de necessidade de sistema de gerenciamento térmico, melhor desempenho em temperaturas extremas, maior alcance, carregamentos mais rápidos, mais ciclos de vida e maior segurança.
- As baterias de estado sólido têm uma densidade de energia mais alta, o que significa que podem fornecer maior alcance e vida útil mais longa em comparação com as baterias de íon de lítio. As baterias de estado sólido podem passar por 8.000 a 10.000 ciclos de carga, enquanto estima-se que as baterias de íon-lítio tenham de 1.500 a 2.000 ciclos de carga.
- As baterias de estado sólido são intrinsecamente mais seguras do que as baterias de íons de lítio, com maior grau de resistência ao impacto e menor risco de incêndio. No entanto, a tecnologia de baterias de estado sólido ainda está em desenvolvimento e ainda não está disponível comercialmente em grande escala.
A explosão do mercado de Veículos Elétricos (EV) gerou a necessidade de uma vasta expansão da indústria de baterias. A bateria do carro elétrico ainda é um conceito mais recente para muitos compradores de automóveis de hoje e um componente do veículo que não passa despercebido. Quer se trate de custo, longevidade, viabilidade de substituição, autonomia ou segurança – os condutores querem compreender não apenas os próprios VE, mas também as baterias que irão alimentar a sua compra automóvel.
Esta comparação entre bateria de estado sólido e bateria de íon de lítio esclarecerá o que você precisa saber sobre as diferenças entre esses dois tipos de bateria de carro elétrico. É importante ressaltar que diversas montadoras estão trabalhando no desenvolvimento de baterias de estado sólido, sendo a Toyota um dos pesquisadores mais proeminentes na área, junto com a Nissan, entre outros. Mas mesmo assim, as melhores previsões esperam que esta tecnologia seja disponível na segunda metade da década.
Ao pesquisar informações da JD Power, ScienceDirect e uma entrevista com Kevin Zanjani da Solid Energies, que possui um trio de diplomas – BSEE, MSECE e MBA, discutimos abaixo a diferença entre baterias de íon de lítio e baterias de estado sólido.
Noções básicas de bateria EV
Baterias de estado sólido e de íon de lítio
Para entender as diferenças entre uma bateria de íon de lítio tradicional e uma bateria de estado sólido, analisamos o básico para um leigo. A grande diferença nas baterias de carros elétricos é que uma bateria tradicional de íons de lítio contém um líquido eletrólito para conduzir íons de lítio entre o cátodo e o ânodo. Considerando que em uma bateria de estado sólido, como o nome sugere, um sólido eletrólito é usado em vez do líquidoo que proporciona um peso geral mais leve e uma maior densidade de energia.
Como os líquidos e sólidos e a densidade energética se traduzem em benefícios para o consumidor e em impulsionadores de mercado da indústria de EV? Bem, existem algumas razões principais para a adoção da nova tecnologia de estado sólido em vez do lítio tradicional, e são elas:
Baterias EV: sistemas de gerenciamento térmico e oscilações de temperatura
Temperaturas extremas, altas ou baixas, são o calcanhar de Aquiles das baterias de íons de lítio
Em temperaturas mais baixas e mais altas, uma bateria de estado sólido pode funcionar com mais eficiência e por mais tempo do que uma bateria tradicional de íons de lítio. De acordo com Kevin Zanjani:
A pesquisa mostrou que uma bateria de estado sólido funcionará bem, até cerca de 40 graus Celsius negativos. No momento, a atual bateria de íons de lítio não funciona suficientemente bem em baixas temperaturas e a autonomia útil é muito, muito menor em temperaturas congelantes. Uma vez removido o sistema de gerenciamento térmico, há uma enorme economia de custos. É uma especulação conservadora de poupança de 20 a 30 por cento, mas possivelmente de 50 por cento.
As baterias de lítio atuais requerem um sistema de gerenciamento térmico para aquecer a bateria quando está fria e também para resfriá-la quando está quente. Uma bateria de estado sólido funcionará em temperaturas mais extremas sem o equipamento adicional e o custo de um sistema de gerenciamento térmico.
Baterias de estado sólido: vida útil mais longa, menos carga
Um avanço para veículos elétricos
Como motoristas, o maior atrativo para a propriedade de veículos elétricos é a ideia de eliminar nossos abastecimentos regulares em postos de gasolina, que atualmente chegam a US$ 6 o galão para os californianos. Mas com esse benefício vem a desvantagem de precisarmos carregar nossos carros, como fazemos com nossos telefones, e todo mundo sabe o quão inconveniente é uma barra de bateria fraca em um celular. Então, qual é o custo real que pagaremos em relação ao tempo de viagem no mundo real versus o tempo de carregamento para “reabastecer”?
Os fabricantes de automóveis sabem o quão importante essa autonomia (a distância que um automóvel percorre com uma carga) é para o consumidor e querem que os VEs tenham uma autonomia equivalente a um veículo movido a gasolina. Algo como 350 milhas com carga é uma meta, porque é a isso que as pessoas estão acostumadas.
Mais uma vez, a vantagem vai para o estado sólido em relação ao íon de lítio na categoria de faixa
Como o estado sólido tem mais densidade de energia, esse tipo de bateria também tem maior alcance, mesmo sob carga pesada, como ao rebocar ou trabalhar em condições climáticas extremas. Mas o estado sólido não se trata apenas de um alcance maior, mas também de uma vida útil mais longa. A tecnologia de estado sólido oferecerá mais ciclos de carregamento do que as baterias de íons de lítio. A suposição prevista por Zanjani é que um EV com bateria de estado sólido será capaz de passar por algo entre 8.000 a 10.000 ciclos de carga quando feito corretamente. Este é um benchmark bastante melhorado em relação ao íon de lítio Ciclos de carga de 1.500 a 2.000 EV estimados pela Midtronics.
Por mais seguros que sejam, os incêndios em baterias de íons de lítio são difíceis de extinguir
As preocupações com as baterias de iões de lítio explodiram (sem trocadilhos) quando vídeos de telemóveis, computadores portáteis, pranchas flutuantes e outros brinquedos explodindo foram vistos no YouTube e destacados no noticiário da noite. Tapetes foram queimados, pessoas ficaram feridas e famílias até foram deslocadas quando as casas ficaram queimadas e fumegantes com baterias de lítio apontadas como culpadas. Os incêndios causados por baterias de íons de lítio são atribuídos a defeitos de fabricação, sobrecarga, superaquecimento ou impactos graves. E ‘severo’ pode até se traduzir na simples queda da bateria, enquanto esmagamento e perfuração também estão incluídos.
Acredita-se que as baterias de estado sólido sejam mais seguras
Um relatório de 2018 da Comissão de Segurança de Produtos de Consumo identificou mais de 25.000 incidentes de superaquecimento ou riscos de incêndio em mais de 400 tipos de produtos durante um período de cinco anos. Tomado como um todo, este parece ser um número raro de ocorrências. No entanto, a situação sublinha o facto de que a estabilidade de uma bateria deve ser considerada para o mercado de VE, especialmente quando se viaja à velocidade de condução e com potencial para colisões. A tecnologia de estado sólido faz exatamente isso.
Zanjani compartilhou:
A bateria de estado sólido é intrinsecamente mais segura do que a tradicional bateria de íons de lítio. Possui maior grau de resistência ao impacto sem pegar fogo.
Próxima geração de baterias EV
A tecnologia de bateria de estado sólido ainda está em desenvolvimento
Então, com todas as vantagens que as baterias de estado sólido têm sobre as de íon de lítio, por que elas não são produzidas em massa para todos os fabricantes de veículos elétricos? Bem, pelo menos por enquanto, as baterias de íon de lítio e de estado sólido estão a quilômetros de distância no uso comercial. As baterias de íon-lítio já existem há anos. No entanto, a tecnologia para baterias de estado sólido ainda está em desenvolvimento. De acordo com Zanjani, protótipos funcionais de estado sólido estão sendo construídos apenas por algumas empresas e, no momento, a tecnologia de ponta que pode ser adquirida ainda é a de íons de lítio. Íon-lítio também é um termo genérico para outros produtos químicos em estudo, como fosfato ferroso de lítio (LFP), óxido de cobalto-manganês-lítio-níquel (NMC) e níquel-lítio-cobalto-alumínio (NCA).
É necessário um padrão de bateria de estado sólido
Embora os estados sólidos não estejam em condições de comercialização em massa, acredita-se que eles sejam a tecnologia da próxima geração de baterias. Um dos desafios é ampliar a tecnologia. Com cada bateria EV sendo construída de forma diferente, para diversas plataformas EV diferentes, cada uma proprietária de seu fabricante, o estado sólido terá dificuldade em crescer em escala. Se a indústria adotar um padrão nesse sentido, a tecnologia chegará mais cedo. Um mercado de baterias EV em expansão é o que o consumidor precisará para ver uma queda nos preços de produção de baterias e, portanto, teoricamente, uma redução no custo dos EV. Esse pensamento não considera as questões agora comuns da cadeia de abastecimento e da força de trabalho ou das margens de lucro dos concessionários.
A corrida da bateria de estado sólido começou
Pesquisa e desenvolvimento em campo indicam que as baterias de estado sólido são o futuro
Sob propriedade comum, Poder Bioenno e Solid Energies têm um protótipo funcional de estado sólido. Algo que está em desenvolvimento há cerca de seis anos. O mercado de EV está a levar os fabricantes de automóveis e os OEM a pressionar os fabricantes de baterias para a produção, e a corrida começou, com muita atividade na área. As empresas de baterias estão trabalhando em conjunto com os fabricantes de automóveis para estabelecer um produto final. Actualmente, porém, este esforço exige capital intensivo, exigindo financiamento não só para investigação, mas também para a infra-estrutura de produção necessária.
Algumas montadoras estão interessadas em joint ventures com fabricantes de baterias existentes, outras querem seguir o caminho da construção interna. Poderia ser melhor trabalhar com empresas que já gastaram uma quantidade considerável de esforços e recursos em tecnologia de baterias de estado sólido, porque estão mais próximas de uma solução pronta para produção. Portanto, por enquanto, o que sabemos é que há um valor significativo esperado para o consumidor na evolução do uso de baterias de lítio para veículos elétricos de estado sólido. Quando a produção aumentar, saberemos mais e só o tempo dirá se o benefício da redução de custos chegará realmente ao utilizador final – nós, os compradores de automóveis.
.
