BATERIA SÓLIDA

Bateria sólida: a substituta do lítio?

As baterias de estado sólido surgiram como uma alternativa promissora às baterias de íon-lítio, oferecendo o potencial de revolucionar a indústria de armazenamento de energia. Com sua segurança aprimorada, maior densidade de energia e vida útil mais longa, as baterias sólidas estão prontas para se tornarem a solução de armazenamento de energia da próxima geração.

Uma das principais vantagens das baterias sólidas é sua segurança aprimorada. Ao contrário das baterias de íon-lítio, que são propensas a superaquecimento e incêndios, as baterias sólidas utilizam eletrólitos sólidos em vez de eletrólitos líquidos inflamáveis. Isso elimina o risco de descontrole térmico e torna as baterias sólidas muito mais seguras de usar, especialmente em aplicações em que a segurança é crítica, como veículos elétricos.

Além de seus benefícios em termos de segurança, as baterias sólidas também oferecem maior densidade de energia. Isso significa que podem armazenar mais energia em um pacote menor e mais leve em comparação com as baterias de íon-lítio. A maior densidade de energia das baterias sólidas é crucial para aplicações que exigem energia duradoura, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renovável. Com as baterias sólidas, os veículos elétricos podem alcançar maior autonomia e os sistemas de energia renovável podem armazenar mais energia para uso durante períodos de baixa geração.

Além disso, as baterias sólidas têm uma vida útil mais longa em comparação com as baterias de íon-lítio. Os eletrólitos sólidos utilizados nas baterias sólidas são mais estáveis e menos propensos a degradação ao longo do tempo. Isso significa que as baterias sólidas podem manter sua capacidade e desempenho por um período mais longo, reduzindo a necessidade de substituições frequentes. A vida útil mais longa das baterias sólidas não apenas reduz os custos de manutenção, mas também contribui para uma solução de armazenamento de energia mais sustentável e ambientalmente amigável.

Embora as baterias sólidas ofereçam inúmeras vantagens, ainda existem desafios que precisam ser superados antes que possam substituir completamente as baterias de íon-lítio. Um dos principais desafios é o processo de fabricação. As baterias sólidas requerem técnicas de fabricação precisas e complexas, o que pode ser caro e demorado. Pesquisadores e especialistas da indústria estão trabalhando ativamente para desenvolver métodos de fabricação escalonáveis e econômicos para tornar as baterias sólidas comercialmente viáveis.

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Outro desafio é o desenvolvimento de eletrólitos sólidos com alta condutividade iônica. O desempenho das baterias sólidas depende muito da capacidade do eletrólito sólido de transportar íons de maneira eficiente entre os eletrodos. Pesquisadores estão explorando diversos materiais e composições para melhorar a condutividade iônica dos eletrólitos sólidos, visando alcançar o mesmo nível de desempenho dos eletrólitos líquidos utilizados nas baterias de íon-lítio.

Apesar desses desafios, o potencial das baterias sólidas como solução de armazenamento de energia da próxima geração é inegável. Com sua segurança aprimorada, maior densidade de energia e vida útil mais longa, as baterias sólidas têm a capacidade de transformar diversas indústrias, desde o transporte até o armazenamento de energia renovável. À medida que os esforços de pesquisa e desenvolvimento continuam, é apenas uma questão de tempo até que as baterias sólidas se tornem comercialmente viáveis e substituam as baterias de íon-lítio como solução de armazenamento de energia preferencial.

Em resumo:

• O que é a bateria em estado sólido (SSB, em inglês)
• Qual a diferença da SSB para as tradicionais de íon-lítio?
• Por que a bateria sólida é mais barata?
• Quem está investindo na tecnologia?
• Quando elas estarão no mercado?

O que é a bateria em estado sólido

Também conhecida como solid-state battery (SSB), essa tecnologia substitui o eletrólito líquido das baterias tradicionais por um material sólido, que é altamente condutor.

Nela, a transferência de elétrons tende a ser mais eficiente, resultando em maior densidade de energia e melhor desempenho.

As baterias sólidas têm sido apontadas como o futuro das baterias recarregáveis pela promessa de maior segurança, vida útil mais longa e menor custo de produção.

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Qual a diferença da SSB para as tradicionais de íon-lítio?
 

A principal diferença entre as baterias sólidas e as tradicionais de íon-lítio está no eletrólito.

Enquanto as baterias de íon-lítio usam um eletrólito líquido, as baterias sólidas empregam um eletrólito sólido, que as tornam mais seguras, pois eliminam o risco de vazamentos ou superaquecimento – problemas associados às baterias de íon-lítio.

Além disso, as baterias sólidas oferecem maior densidade de energia, o que significa que podem armazenar mais energia em um espaço menor.

Por que a bateria sólida é mais barata?

A SSB tem o potencial de ser mais barata devido a vários fatores. Primeiro, porque os materiais usados na sua fabricação tendem a ser mais abundantes e com custos menores do que os utilizados em baterias de íon-lítio.

Além disso, o processo de fabricação das baterias sólidas é mais simples e requer menos etapas, o que reduz os custos de produção. Com maior eficiência energética e uma vida útil mais longa, os custos de manutenção e substituição também são menores.

A IEA estima que as SSBs de lítio podem chegar a um potencial de densidade de energia máxima 60% maior – de até 480 watt-horas por quilo, em comparação com as 300 Wh/kg para baterias de íon-lítio comuns até 2025.

Quem está investindo na tecnologia?

Grandes fabricantes de automóveis, empresas de tecnologia e investidores estão alocando bilhões de dólares em pesquisa e desenvolvimento de baterias sólidas.

A Toyota já fez testes em laboratórios no Japão e na Europa e anunciou em julho que conseguiu simplificar o processo de produção dos materiais usados ​​em sua fabricação.

A montadora japonesa formou uma joint venture com a Panasonic em 2020 para produzir soluções de baterias econômicas e de alta capacidade. Enquanto a Toyota possui mais de 1.000 patentes relacionadas à tecnologia de baterias de estado sólido, a Panasonic possui 445 patentes.

Mercedes Benz, BMW e Volkswagen também estão investindo significativamente em P&D para bateria de estado sólido

.

A Mercedes, por exemplo, que planeja se tornar totalmente elétrica até 2030, tem uma parceria com Prologium, uma desenvolvedora e fabricante taiwanesa de SSB.

Já a Volkswagen investiu cerca de US$ 300 milhões entre 2018 e 2020 na QuantumScape, uma das pioneiras na pesquisa de baterias de estado sólido.

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Honda, General Motors e Sony também são parceiras no desenvolvimento da tecnologia de baterias de estado sólido.

A Nissan planeja inaugurar uma fábrica de protótipos para células SSB em 2024, no Centro de Pesquisa da Nissan em Kanagawa, no Japão. Desde que começou a estudar a tecnologia, a montadora traçou como meta reduzir o custo das baterias EV em pelo menos 50%, triplicando a capacidade de carregamento rápido e duplicando a densidade de energia.

As startups dedicadas ao desenvolvimento de baterias sólidas também estão recebendo financiamento substancial de investidores interessados nesse mercado.

Uma delas é a Solid Power, fundada em 2011 como uma spin-off da Universidade do Colorado (EUA). Com patrocínios da Hyundai, BMW e Ford, a empresa trabalha para substituir o eletrólito líquido inflamável das baterias de íons de lítio por um eletrólito sólido à base de sulfeto.

Recentemente, a Solid Power recebeu US$ 5,6 milhões do fundo de desembolso do programa EVs4ALL do Departamento de Energia dos Estados Unidos e planeja ser capaz de escalar a produção o suficiente para produzir células para até 800 mil veículos eletrificados até 2028.

Outra é a Sila Nanotechnologies, que possui parcerias com BMW, Daimler AG, Siemens e CATL. A empresa tem um roteiro para lançar pelo menos 150 GWh de células de bateria para comercialização até 2028.

Quando as SSBs estarão no mercado?

Segunda maior fabricante de automóveis do mundo, a Toyota planeja produzir carros com baterias de estado sólido até 2025.

Mas, de maneira geral, as empresas envolvidas com a tecnologia estão falando em 2028.

Caso da Nissan, que espera produzir seu veículo com SSB até 2028. Além disso, a Honda está investindo cerca de 43 bilhões de ienes (aproximadamente US$ 295 milhões) na construção de uma linha de produção em Sakura, no Japão, para acelerar sua visão de trazer células de bateria de estado sólido para veículos elétricos também em 2028.

A IEA aponta que o principal obstáculo para a adoção generalizada de SSB é escalar a produção do ambiente de laboratório para a fábrica.

Em um relatório publicado em 2021, a agência explica que depois que a viabilidade econômica for encontrada, o design dos veículos levará de três a cinco anos.

Para a IEA, se as empresas encontrarem a solução para produção em massa dessas novas baterias nos próximos cinco anos, elas poderão competir com as tradicionais de íon-lítio até o início dos anos 2030.

Em conclusão, as baterias sólidas oferecem uma alternativa promissora às baterias de íon-lítio, com sua segurança aprimorada, maior densidade de energia e vida útil mais longa.

Embora haja desafios a serem superados, o potencial das baterias sólidas como solução de armazenamento de energia da próxima geração é imenso. Conforme a tecnologia avança e as técnicas de fabricação melhoram, as baterias sólidas estão prontas para revolucionar a indústria de armazenamento de energia e abrir caminho para um futuro mais sustentável e eficiente.