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As baterias convencionais de íons de lítio podem ter plantado as sementes para nossa transição para a mobilidade elétrica, mas têm algumas deficiências. Eles são inflamáveis, seu alcance ainda é limitado e não são tão rápidos para carregar quanto gostaríamos que fossem.
Tornar os EVs mais competitivos com os consumidores de gasolina exigirá soluções para esses problemas e, para conseguir isso, precisamos de um avanço na tecnologia de baterias.
É aí que entram as baterias de lítio-metal.
Como as baterias de metallic de lítio diferem das de íon de lítio?
Ambos os tipos de bateria usam lítio para produzir energia elétrica e têm uma estrutura geral semelhante.
Simplificando, eles têm um ânodo (o eletrodo negativo da bateria), um cátodo (o eletrodo positivo da bateria) e um eletrólito, que ajuda a transferir íons de lítio entre os eletrodos. Em outras palavras, regula o fluxo da corrente elétrica.
Há também um separador (uma membrana permeável), que mantém o ânodo e o cátodo separados para evitar curtos-circuitos elétricos, enquanto permite o fluxo de íons de lítio.
Em uma bateria convencional de íons de lítio, o ânodo é feito principalmente de grafite – uma forma de carbono que pode reter e liberar íons de lítio carregados à medida que se movem para frente e para trás entre os eletrodos.
Mas o grafite é apenas um hospedeiro para íons de lítio. Isso significa que ele não pode armazenar energia ou produzir uma corrente, aumentando o peso morto da bateria.
Em uma bateria de lítio-metal, o ânodo é feito de lítio em vez de grafite. Isso resulta em um ânodo mais denso em energia: seus átomos também podem produzir corrente e armazenar maiores quantidades de energia, em comparação com os à base de grafite com o mesmo peso e quantity.
Mas há um problema: o lítio é um subject matter reativo, e estar em contato com um eletrólito líquido pode desencadear reações que podem degradar a bateria ou causar sua combustão. Especialmente se as baterias estiverem sujeitas a poeira, manuseio inadequado ou forem armazenadas inadequadamente.
Tecnologia de estado sólido para o resgate
Para resolver esse problema, os pesquisadores se voltaram para tecnologia de bateria de estado sólido, substituindo o separador e o eletrólito líquido por equivalentes sólidos. Estes reduzem o risco de reações químicas indesejadas e curtos-circuitos quando entram em contato com o ânodo de lítio.
Até agora, várias empresas que estão aplicando a tecnologia a baterias de lítio-metal estão a caminho de entregar produtos promissores.
QuantumScape desenvolveu um eletrólito sólido cerâmico e separador, enquanto Potência Sólida criou a tecnologia de eletrólitos à base de sulfeto. Financiado pelo ARPA-E do Departamento de Energia dos EUAempresa de baterias 24 milhões está trabalhando em uma mistura cerâmica de polímero/eletrólito sólido.
Aqui está o vídeo explicativo do QuantumScape sobre baterias de lítio-metal de estado sólido:
Quais são as vantagens?
1. Maior densidade e alcance de energia
Graças às capacidades do ânodo à base de lítio, essas baterias podem armazenar maiores quantidades de energia.
A 24M alega um aumento de energia de 30%, enquanto a Forged Energy possui mais de 50%. QuantumScape espera que suas baterias aumentem o alcance de um EV em 80% em comparação com uma bateria de íons de lítio do mesmo tamanho.
Por exemplo, um carro elétrico que pode percorrer 402 km com uma única carga pode percorrer 724 km.
2. Maior duração da bateria
A ausência de grafite reduz a degradação da bateria, que normalmente ocorre a partir de reações químicas laterais entre os átomos de carbono e o eletrólito líquido em baterias convencionais.
3. Carregamento mais rápido
A Forged Energy estima que um EV pode ser carregado em mais de 80% em menos de 20 minutos – menos de 15 minutos para o QuantumScape.
Isso porque um ânodo de metallic de lítio elimina o pace necessário para que os íons de lítio se difundam nas partículas de carbono em um ânodo de grafite.
4. Segurança
A Inflamabilidade da bateria EV é principalmente devido ao seu eletrólito líquido. Isto é normalmente inflamável e pode ser volátil e instável quando exposto a altas temperaturas, levando a um curto-circuito interno.
Assim, substituí-los por um sólido reduz esse risco.
5. Custo
Ao reduzir a despesa dos materiais anódicos e os custos de fabricação, espera-se que o custo das baterias caia.
A Forged Energy reivindica uma vantagem de preço de 15% a 35% em comparação com as baterias de íons de lítio e, de acordo com a QuantumScape, essas baterias introduzirão EVs com alcance de 483 km por menos de US $ 30.000.
Quão perto estamos de um avanço?
Forged Energy fez o progresso mais significativo até agora. Em março, é concluiu a produção de seus lotes em escala piloto de células de lítio-metal de 22 camadase agora pretende iniciar a sua comercialização bateria EV linha, com células de bateria de até 100Ah de capacidade.
Até agora, o QuantumScape realizou seus testes em células de quatro camadas. Se seus esforços forem bem-sucedidos, começará a produzir células multicamadas em 2024.
O projeto da ARPA-E e da 24M está atualmente em desenvolvimento e se concentrará em fornecer baterias para aviões elétricos primeiro, antes de passar para EVs.
Estamos olhando para a próxima bateria mainstream?
A tecnologia ainda está em seus estágios iniciais e certamente requer mais anos de pesquisa e testes antes que possa superar as baterias convencionais.
No entanto, a indústria de EV já está apostando nisso.
BMW e Ford investiram em Forged Energyesperando baterias por volta de 2025. O QuantumScape é apoiado pela Volkswagene a 24M garantiu um Investimento de US$ 9 milhões do Departamento de Energia dos EUA.
Isso faz sentido se considerarmos as inúmeras vantagens que as baterias de lítio-metal de estado sólido podem trazer para a mesa.
VEs que carregam mais rápido, viajam mais, são mais seguros e custam menos convenceriam mais proprietários de veículos movidos a combustível a fazer a troca e acelerar nossa transição para a mobilidade elétrica.
E embora ainda não tenhamos visto a aplicação dessa tecnologia na vida actual, estou otimista de que as baterias de lítio-metal de estado sólido podem se tornar a próxima grande novidade em veículos elétricos.
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