Você viu o manchetes: Esta descoberta da bateria vai mudar o veículo elétrico para sempre. E então… silêncio. Você vai ao showroom local e todos os carros têm a mesma aparência.
WIRED ficou irritado com esse fenômeno. Então conversamos com especialistas em tecnologia de baterias sobre o que realmente está acontecendo nas baterias de veículos elétricos. Quais tecnologias estão aqui? Quais serão, provavelmente, mas ainda não são, então não prenda a respiração? O que provavelmente não acontecerá tão cedo?
“É fácil ficar entusiasmado com estas coisas, porque as baterias são muito complexas”, diz Pranav Jaswani, analista de tecnologia da IDTechEx, uma empresa de inteligência de mercado. “Muitas pequenas coisas terão um efeito tão grande.” É por isso que tantas empresas, incluindo fabricantes de automóveis, seus fornecedores e fabricantes de baterias, estão experimentando tantas peças pequenas da bateria. Troque um material condutor elétrico por outro e o alcance da bateria de um veículo elétrico poderá aumentar em 80 quilômetros. Altere a forma como as baterias são montadas e uma montadora poderá reduzir os custos de fabricação o suficiente para dar aos consumidores uma folga no lote de vendas.
Ainda assim, dizem os especialistas, pode levar muito tempo para conseguir até mesmo pequenos ajustes nos carros de produção – às vezes 10 anos ou mais. “Obviamente, queremos ter a certeza de que tudo o que colocamos num VE funciona bem e cumpre as normas de segurança”, afirma Evelina Stoikou, que lidera a equipa de tecnologia de baterias e cadeia de fornecimento na BloombergNEF, uma empresa de investigação. Garantir isso significa que os cientistas tenham novas ideias e os fornecedores descubram como executá-las; as montadoras, por sua vez, testam rigorosamente cada iteração. Enquanto isso, todos fazem a pergunta mais importante: essa melhoria faz sentido financeiramente?
Portanto, é lógico que nem todas as inovações no laboratório cheguem à estrada. Aqui estão os que realmente contam – e os que ainda não deram certo, pelo menos até agora.
Está realmente acontecendo
Todas as grandes inovações em baterias têm algo em comum: estão relacionadas à bateria de íons de lítio. Outros produtos químicos para baterias estão por aí – mais sobre eles mais tarde – mas na próxima década será difícil alcançar a forma de bateria dominante. “O íon-lítio já está muito maduro”, diz Stoikou. Muitos intervenientes investiram muito dinheiro na tecnologia, por isso “qualquer novo terá de competir com o status quo”.
Fosfato de Ferro Lítio
Por que é emocionante: As baterias LFP usam ferro e fosfato em vez de níquel e cobalto, mais caros e mais difíceis de obter, que são encontrados nas baterias convencionais de íons de lítio. Eles também são mais estáveis e mais lentos para se degradar após múltiplas cargas. Resultado: as baterias LFP podem ajudar a reduzir o custo de fabrico de um VE, um dado especialmente importante, enquanto os sistemas eléctricos ocidentais lutam para competir, em termos de custos, com os carros convencionais movidos a gás. As baterias LFP já são comuns na China e deverão se tornar mais populares nos veículos elétricos europeus e americanos nos próximos anos.
Por que é difícil: LFP é menos denso em energia do que as alternativas, o que significa que você não pode colocar tanta carga – ou alcance – em cada bateria.
Mais Níquel
Por que é emocionante: O aumento do teor de níquel nas baterias de lítio-níquel-manganês-cobalto aumenta a densidade de energia, o que significa mais alcance em uma bateria sem muito mais tamanho ou peso. Além disso, mais níquel pode significar menos cobalto, um metal caro e eticamente duvidoso de obter.
Por que é difícil: Baterias com maior teor de níquel são potencialmente menos estáveis, o que significa que apresentam maior risco de rachaduras ou fuga térmica – incêndios. Isso significa que os fabricantes de baterias que fazem experiências com diferentes teores de níquel precisam gastar mais tempo e energia no design cuidadoso de seus produtos. Essa agitação extra significa mais despesas. Por esse motivo, espera-se ver mais uso de níquel em baterias para veículos elétricos de última geração.
Processo de eletrodo seco
Por que é emocionante: Normalmente, os eletrodos da bateria são feitos misturando materiais em uma pasta de solvente, que então é aplicada a uma folha metálica do coletor de corrente, seca e prensada. O processo de eletrodo seco reduz o uso de solventes misturando os materiais na forma de pó seco antes da aplicação e laminação. Menos solventes significa menos preocupações ambientais, de saúde e segurança. E eliminar o processo de secagem pode economizar tempo de produção — e aumentar a eficiência — ao mesmo tempo que reduz o espaço físico necessário para fabricar baterias. Tudo isto pode levar a uma produção mais barata, “que deverá resultar na produção de um carro mais barato”, diz Jaswani. A Tesla já incorporou um processo de ânodo seco na fabricação de baterias. (O ânodo é o eletrodo negativo que armazena íons de lítio enquanto a bateria está sendo carregada.) A LG e a Samsung SGI também estão trabalhando em linhas de produção piloto.
Por que é difícil: Usar pós secos pode ser tecnicamente mais complicado.
Célula para Pacote
Por que é emocionante: Na bateria padrão de um veículo elétrico, as células de bateria individuais são agrupadas em módulos, que são então montados em pacotes. O mesmo não ocorre no caso cell-to-pack, que coloca as células diretamente em uma estrutura de pack sem a etapa do módulo intermediário. Isso permite que os fabricantes de baterias coloquem mais baterias no mesmo espaço e pode levar a cerca de 80 quilômetros adicionais de alcance e velocidades máximas mais altas, diz Jaswani. Também reduz os custos de fabricação, economias que podem ser repassadas ao comprador do carro. Grandes fabricantes de automóveis, incluindo Tesla e BYD, além da gigante chinesa de baterias CATL, já estão usando a tecnologia.
Por que é difícil: Sem módulos, pode ser mais difícil controlar a fuga térmica e manter a estrutura da bateria. Além disso, a célula a embalagem torna a substituição de uma célula de bateria defeituosa muito mais difícil, o que significa que falhas menores podem exigir a abertura ou até mesmo a substituição de toda a bateria.
Ânodos de Silício
Por que é emocionante: As baterias de íons de lítio possuem ânodos de grafite. Adicionar silício à mistura, no entanto, pode ter enormes vantagens: mais armazenamento de energia (significando autonomias de condução mais longas) e carregamento mais rápido, potencialmente reduzido a seis a 10 minutos para recarregar. A Tesla já mistura um pouco de silício em seus ânodos de grafite, e outras montadoras—Mercedes-Benz, Motores Gerais– digamos que estão chegando perto da produção em massa.
Por que é difícil: O silício ligado ao lítio se expande e contrai à medida que passa pelo ciclo de carga e descarga, o que pode causar estresse mecânico e até mesmo fraturas. Com o tempo, isso pode levar a perdas mais dramáticas de capacidade da bateria. Por enquanto, é mais provável que você encontre ânodos de silício em baterias menores, como as de telefones ou até mesmo de motocicletas.
Está meio que acontecendo
A tecnologia de bateria no segmento mais especulativo passou por muitos testes. Mas ainda não chegamos a um ponto em que a maioria dos fabricantes esteja construindo linhas de produção e colocando-as nos carros.
Baterias de íon de sódio
Por que é emocionante: Sódio – está em toda parte! Comparado ao lítio, o elemento é mais barato e mais fácil de encontrar e processar, o que significa que rastrear os materiais para construir baterias de íons de sódio poderia proporcionar às montadoras uma quebra na cadeia de suprimentos. As baterias também parecem ter melhor desempenho em temperaturas extremas e são mais estáveis. Fabricante chinês de baterias CATL diz que iniciará a produção em massa das baterias no próximo ano e que as baterias poderão eventualmente cobrir 40% do mercado chinês de veículos de passageiros.
Por que é difícil: Os íons de sódio são mais pesados que seus equivalentes de lítio, por isso geralmente armazenam menos energia por bateria. Isso poderia torná-los mais adequados para armazenamento de baterias do que para veículos. Também é o começo desta tecnologia, o que significa menos fornecedores e menos processos de fabricação testados pelo tempo.
Baterias de estado sólido
Por que é emocionante: As montadoras prometem há anos que baterias de estado sólido inovadoras estão chegando. Isso seria ótimo, se fosse verdade. Esta tecnologia substitui os eletrólitos líquidos ou em gel de uma bateria convencional de íons de lítio por um eletrólito sólido. Esses eletrólitos devem vir em diferentes químicas, mas todos eles têm grandes vantagens: maior densidade de energia, carregamento mais rápido, maior durabilidade, menos riscos de segurança (sem eletrólito líquido significa que não há vazamentos). Toyota diz isso finalmente será lançado seus primeiros veículos com baterias de estado sólido em 2027 ou 2028. BloombergNEF projetos que, até 2035, as baterias de estado sólido representarão 10% da produção de veículos elétricos e de armazenamento.
Por que é difícil: Alguns eletrólitos sólidos têm dificuldade em baixas temperaturas. Os maiores problemas, no entanto, têm a ver com a fabricação. A montagem dessas novas baterias requer novos equipamentos. É realmente difícil construir camadas de eletrólito sem defeitos. E a indústria não chegou a um acordo sobre qual eletrólito sólido utilizar, o que dificulta a criação de cadeias de abastecimento.
Talvez isso aconteça
Boas ideias nem sempre fazem muito sentido no mundo real.
Carregamento sem fio
Por que é emocionante: estacione seu carro, saia e carregue-o enquanto espera – sem necessidade de tomadas. O carregamento sem fio pode ser o auge da conveniência, e algumas montadoras insistem que isso está chegando. A Porsche, por exemplo, está exibindo um protótipo, com planos de lançar o modelo real no próximo ano.
Por que é difícil: O problema, diz Jaswani, é que a tecnologia subjacente aos carregadores que temos atualmente funciona perfeitamente bem e é muito mais barata de instalar. Ele espera que, eventualmente, o carregamento sem fio apareça em alguns casos de uso restrito – talvez em ônibus, por exemplo, que poderiam carregar ao longo de suas rotas se parassem em cima de uma plataforma de carregamento. Mas esta tecnologia poderá nunca se tornar verdadeiramente popular, diz ele.
