Aqui está uma olhada no mundo emergente de baterias em estado sólido e por que será a próxima grande novidade no avanço de EV. As baterias de íons de lítio têm desempenhado um papel importante no desenvolvimento da sociedade moderna.
Ele permite tudo, desde os dispositivos em nossos bolsos até os carros elétricos que dirigimos. A indústria global de veículos elétricos está crescendo rapidamente, e as baterias de estado sólido prometem transformar o espaço, oferecendo uma solução de armazenamento de energia mais leve, segura e muito mais eficiente do que as baterias de íon-lítio existentes.
Vida útil mais longa e tamanhos menores também significam que as baterias de estado sólido têm o potencial de reduzir drasticamente o lixo eletrônico gerado por baterias gastas. As implicações tecnológicas e ambientais dessa tecnologia de bateria podem ser inovadoras e têm o potencial de revolucionar a indústria de VEs.
O que é uma bateria de estado sólido?
Uma bateria de íon de lítio convencional, como as encontradas em telefones celulares e laptops, usa um líquido ou gel de polímero feito de materiais como vidro, sulfitos e cerâmica. Bateria de estado sólido (SSB), como o nome sugere, usa um material com um eletrólito sólido.
O eletrólito é uma camada condutora que facilita o fluxo de elétrons do cátodo, que é o pólo positivo, para o ânodo, que é o pólo negativo. Além dos benefícios de embalagem e segurança, o eletrólito sólido permite o uso de outros materiais anódicos, como o lítio metálico, que aumentam drasticamente a densidade de energia da bateria.
História das baterias de estado sólido
A busca por uma tecnologia viável de bateria de estado sólido já dura mais de um século, e os primeiros fundamentos do conceito remontam a Michael Faraday, que descobriu os “eletrólitos sólidos” no século XIX. Sua bateria continha eletrólitos sólidos feitos de sulfeto de prata e fluoreto de chumbo.
Na década de 1950, essa tecnologia começou a ter algumas aplicações do mundo real em sistemas eletroquímicos. Em 1990, pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory desenvolveram um tipo totalmente novo de bateria de estado sólido, e essa tecnologia se tornou a base para as baterias de íon-lítio de filme fino.
Li-ion vs baterias de estado sólido
A solução de eletrólito líquido encontrada nas baterias de lítio tradicionais é difícil de armazenar e a embalagem inadequada pode levar a problemas como a formação de dendritos na bateria durante o carregamento. Os dendritos podem ser definidos como formações de estalactites que crescem a partir da superfície do ânodo. Esses dendritos podem não apenas reduzir a capacidade da bateria, mas também causar um curto-circuito na célula ao perfurar a barreira do eletrólito líquido, fazendo com que a bateria exploda.
Espera-se que as baterias de estado sólido forneçam maior segurança e desempenho em comparação com as baterias de íon-lítio que atualmente alimentam veículos elétricos e possuem um eletrólito líquido. Os riscos associados à tecnologia de bateria atual usada em veículos elétricos incluem alta inflamabilidade, risco de vazamento de líquido e quebra eletrolítica em alta tensão, todos os quais podem ser resolvidos com baterias de estado sólido.
As baterias de estado sólido têm uma densidade de energia mais alta
Muitos dos principais fabricantes de automóveis, como BMW, VW, Hyundai, Nissan e outros, investiram milhões em pesquisa e desenvolvimento de baterias de estado sólido na última década. Esse impulso dos fabricantes de automóveis se deve às principais vantagens do SSB sobre a tecnologia Li-Ion existente.
As SSBs têm uma densidade de energia significativamente maior em comparação com as baterias de lítio convencionais. Isso permite que as montadoras armazenem mais energia por quilograma, o que resulta em tamanho e peso reduzidos ou permite que a bateria acumule muito mais energia e forneça um alcance significativamente maior do que uma bateria de íons de lítio de tamanho semelhante.
Sua capacidade e capacidade de fornecer uma carga de pico também se deteriora com o tempo e o uso. As baterias de íons de lítio também requerem resfriamento externo, o que pode ocupar espaço e energia valiosos. Portanto, o eletrólito sólido não é apenas mais seguro, mas também resulta em uma proporção maior de célula para bateria, veículos mais leves, maior energia e densidade de potência, alcance estendido e carregamento rápido.
As baterias de última geração vendidas têm uma vida útil mais longa
Além de melhorias na densidade de energia, as baterias de estado sólido também prometem vida útil significativamente mais longa do que as baterias convencionais de íon-lítio. A Toyota está trabalhando com a Panasonic para desenvolver baterias de estado sólido e acumulou mais de 1.000 patentes na tecnologia SSB para produzir baterias que retêm 90% da capacidade da bateria após 30 anos de uso.
As baterias de íons de lítio, como as usadas em veículos elétricos, podem perder até um terço de sua capacidade em dez anos. Essa vida útil mais curta, combinada com sua área de superfície relativamente maior em comparação com as baterias de estado sólido, significa que elas preenchem os aterros sanitários muito mais rapidamente do que as SSBs comparativas.
Como o número de carros elétricos deve aumentar para 8,4 milhões de unidades até 2025, a quantidade de lixo eletrônico gerado pode ser significativamente reduzida usando baterias de estado sólido.
Leia mais:
- MG ZS EV 2023 SUV elétrico de longo alcance deve chegar à Austrália este ano
- Velocidade Suprema: Conheça o carro mais rápido do mundo
Qual é o impacto ambiental das baterias de estado sólido?
A pegada menor e a vida útil mais longa das baterias de estado sólido não são boas apenas para embalagem e eficiência, mas as baterias de estado sólido também têm o potencial de reduzir o impacto ambiental das baterias. Um estudo recente encomendado pela Transport & Environmental da Minviro comparou baterias de estado sólido com a tecnologia de bateria existente.
Este estudo também sugere que as baterias de estado sólido têm o potencial de reduzir a pegada de carbono das baterias EV em dois terços. O estudo também afirma que as baterias de estado sólido podem reduzir o impacto climático das baterias em 39% em comparação com as baterias de íon-lítio, desde que as matérias-primas venham de fontes sustentáveis. Este é apenas o impulso necessário para impulsionar a indústria de EV e torná-la uma alternativa mais atraente à tecnologia IC.
Por que as baterias de estado sólido são a próxima grande novidade?
A pesquisa de baterias de estado sólido decolou em 2015, dando origem a alguns participantes importantes e avanços em SSB. A Samsung desenvolveu um protótipo de SSB que resolve o problema dos dendritos usando ânodos feitos de composto de carbono e prata. A Ilika Technologies Ltd, pioneira em tecnologia de bateria de estado sólido (SSB), anunciou que está liderando o projeto colaborativo Faraday Battery Challenge de £ 8 milhões por 24 meses.
A Volkswagen adquiriu uma participação de cinco por cento na Quantumscape e sua tecnologia SSB. A QuantumScape divulgou seus dados de desempenho em dezembro de 2022, que revelaram que seus SSBs têm uma densidade de energia volumétrica impressionante de mais de 1.000 Wh/L, enquanto as melhores baterias usadas nos EVs existentes atingem até 700 Wh/L.
Além disso, o SSB QuantumScape pode ser recarregado até 80% da capacidade em 15 minutos e retém 80% de sua capacidade após 800 ciclos de carga. A Volkswagen estima que os SSBs podem alimentar seus EVs já em 2024, enquanto a Toyota estima que seus primeiros EVs movidos a SSB começarão a ser lançados em 2025. Portanto, é seguro dizer que as baterias de estado sólido são o futuro da mobilidade elétrica.
