Revelando o potencial do armazenamento avançado de energia
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D.
AquaUniversity
Descubra as cinco tecnologias de bateria inovadoras preparadas para redefinir o armazenamento de energia e alimentar as nossas vidas, desde veículos elétricos a smartphones.
Tecnologia de Baterias – Na busca por soluções energéticas sustentáveis e eficientes, a tecnologia das baterias está na vanguarda da inovação. Com o rápido avanço dos veículos eléctricos (EV) e a procura cada vez maior por smartphones mais duradouros, a necessidade de baterias mais potentes, duráveis e amigas do ambiente nunca foi tão grande. Este blog investiga cinco tecnologias de bateria de ponta que estão destinadas a transformar o cenário do armazenamento de energia.
Baterias de estado sólido: o próximo salto no armazenamento de energia
As baterias de estado sólido representam um avanço significativo na tecnologia de baterias. Ao substituir o eletrólito líquido por um sólido, essas baterias oferecem maior densidade de energia e recursos de segurança aprimorados. Isto torna-os num candidato ideal para utilização em veículos elétricos, onde o alcance e a fiabilidade são fundamentais.
Baterias de lítio-enxofre: o concorrente leve
As baterias de lítio-enxofre (Li-S) apresentam alta densidade de energia e menor impacto ambiental do que as baterias tradicionais de íon-lítio. Sua natureza leve é uma promessa para eletrônicos portáteis, estendendo potencialmente a vida útil da bateria dos dispositivos sem adicionar volume.
Baterias de íon de sódio: a alternativa econômica
As baterias de íon de sódio surgem como uma alternativa abundante e econômica às baterias de íon de lítio. Com métricas de desempenho semelhantes, poderiam fornecer uma solução mais acessível para sistemas de armazenamento de energia em grande escala, especialmente em regiões onde o lítio é escasso.
Baterias de magnésio: liberando armazenamento de alta energia
As baterias de magnésio oferecem um avanço potencial com suas capacidades de armazenamento de alta energia. À medida que os investigadores superam os desafios existentes, estas baterias poderão oferecer uma opção viável tanto para veículos elétricos como para aplicações de armazenamento na rede.
Baterias de fluxo de vanádio: a solução em escala de rede
As baterias de fluxo de vanádio são excelentes no armazenamento de energia em escala de rede. A sua capacidade de fornecer uma produção de energia estável e de longa duração torna-os adequados para equilibrar fontes de energia renováveis e garantir um fornecimento de energia consistente.
Tecnologia de Baterias – Explorando outras tecnologias emergentes
Além destas cinco, existem outras tecnologias emergentes de baterias, como as baterias à base de zinco e de inspiração biológica, que também estão a fazer sucesso na indústria. Estas inovações continuam a ultrapassar os limites do que é possível no armazenamento de energia.
Tecnologia de Baterias – Os esforços da Tesla no desenvolvimento de novas tecnologias inovadoras de baterias
A Tesla está na vanguarda da inovação tecnológica de baterias, com vários desenvolvimentos importantes que estão a moldar o futuro dos veículos elétricos (EV). Aqui está uma visão geral dos esforços da Tesla:
- Célula de bateria 4680: A Tesla desenvolveu um novo formato de célula de bateria conhecido como 4680, que deverá reduzir significativamente os custos da bateria e melhorar o desempenho do veículo. A empresa tem trabalhado para levar isso à produção em volume e fez avanços no design de células, materiais de ânodo e cátodo e processos de fabricação.
- Refinaria de Lítio: A Tesla planeja iniciar o comissionamento de uma refinaria de lítio em Corpus Christi, Texas, que utilizará um processo de refino sem sulfato. Este processo é mais econômico, ecologicamente correto e produz um subproduto benéfico para materiais de construção.
- Fábrica de cátodos: Na Gigafactory Texas, a Tesla está instalando equipamentos para uma nova construção de cátodos com o objetivo de iniciar a produção antes do final do ano. Isso inclui um processo precursor de águas residuais zero e de menor custo para a produção de cátodos.
- Baterias de estado sólido: a Tesla também está pesquisando e desenvolvendo baterias de estado sólido, que prometem maior densidade de energia e tempos de carregamento mais rápidos em comparação com as atuais baterias de íons de lítio.
- Práticas Sustentáveis: A Tesla está comprometida com a produção sustentável de baterias, implementando a reciclagem em circuito fechado de materiais de baterias para reduzir o desperdício e conservar recursos.
Estes esforços demonstram o compromisso da Tesla com o avanço da tecnologia das baterias, o que é crucial para atingir o seu objetivo de produzir carros elétricos mais acessíveis e sustentáveis.
Tecnologia de Baterias – Gigafábrica da Tesla no Texas
Gigafactory Texas, também conhecida como Giga Texas ou Giga Austin, é uma importante fábrica da Tesla localizada em Austin, Texas. Aqui estão alguns detalhes importantes sobre a Gigafactory:
- Sede Global: A Gigafactory Texas serve como sede global da Tesla e é um centro central para a produção da Tesla nos Estados Unidos.
- Tamanho e escala: A instalação cobre 2.500 acres ao longo do Rio Colorado, com mais de 10 milhões de pés quadrados de chão de fábrica. É uma das maiores instalações fabris do país em tamanho e volume.
- Produção: A fábrica é responsável pela produção do Tesla Model Y e será a sede do próximo Cybertruck . Ele foi projetado para atender à crescente demanda por veículos Tesla no leste dos Estados Unidos.
- Emprego : em 2023, a Tesla empregaria mais de 20.000 pessoas na fábrica e espera eventualmente ter uma equipe de 60.000 pessoas à medida que a produção aumentar.
- Construção e Operação: A construção da Gigafábrica começou em julho de 2020, e a produção limitada do Modelo Y começou antes do final de 2021. As entregas iniciais dos veículos construídos na fábrica ocorreram em uma festa de abertura chamada “Cyber Rodeo” em abril. 7, 2022.
- Inovação: A Gigafactory é uma instalação de última geração, que incorpora processos e tecnologias de fabricação avançados para produzir veículos de forma rápida, eficiente e segura.
- Sustentabilidade : O foco da Tesla na sustentabilidade é evidente nas operações da Gigafactory, com esforços para minimizar o impacto ambiental e implementar práticas sustentáveis em todo o processo de produção.
A Gigafactory Texas é uma prova do compromisso da Tesla com a inovação, a sustentabilidade e o futuro dos veículos elétricos.
Tecnologia de Baterias – Expandindo mais sobre baterias de estado sólido.
As baterias de estado sólido são um avanço promissor na tecnologia de baterias, oferecendo vários benefícios em relação às baterias tradicionais de íons de lítio. Aqui está uma análise mais aprofundada de seus recursos:
Alta densidade de energia
As baterias de estado sólido usam um eletrólito sólido em vez do polímero líquido ou gel encontrado nas baterias convencionais . Isto permite uma densidade de energia muito maior, o que significa que podem armazenar mais energia na mesma quantidade de espaço. Os tipos de filme fino podem atingir 300–900 Wh /kg, enquanto os tipos a granel oferecem 250–500 Wh / kg.
Segurança aprimorada
O eletrólito sólido não é inflamável, o que reduz significativamente o risco de incêndios e torna as baterias de estado sólido mais seguras para produtos eletrônicos de consumo e veículos elétricos.
Longevidade
Essas baterias têm uma durabilidade de ciclo impressionante, variando de 10.000 a 100.000 ciclos. Isto significa que podem ser carregados e descarregados muitas vezes sem perder capacidade significativa.
Faixa de temperatura operacional
As baterias de estado sólido podem operar em uma ampla faixa de temperatura, de -50 °C a 125 °C, o que é benéfico para diversas aplicações, incluindo ambientes extremos.
Inovação de Materiais
Os materiais propostos para eletrólitos sólidos incluem cerâmicas (por exemplo, óxidos, sulfetos, fosfatos) e polímeros sólidos. Esses materiais contribuem para o desempenho geral e a segurança das baterias.
Aplicações atuais e potencial futuro
Embora as baterias de estado sólido sejam atualmente encontradas em aplicações de nicho, como marcapassos e dispositivos RFID, seu potencial para uso em veículos elétricos e eletrônicos portáteis é vasto. Empresas como a Toyota estão trabalhando na comercialização de baterias de estado sólido para carros elétricos, visando uma autonomia de 1.200 quilômetros com tempo de carregamento de apenas 10 minutos.
Desafios
Apesar de suas vantagens, as baterias de estado sólido enfrentam desafios em termos de energia e densidade de potência, durabilidade, custos de materiais, sensibilidade e estabilidade. Superar esses desafios é crucial para sua adoção generalizada.
Em resumo, as baterias de estado sólido representam um avanço significativo na tecnologia de armazenamento de energia. Eles prometem fornecer energia mais segura, duradoura e eficiente para uma variedade de aplicações, desde veículos elétricos até smartphones. À medida que a investigação e o desenvolvimento continuam, podemos esperar ver mais destas baterias alimentando o nosso futuro.
Tecnologia de Baterias – Os esforços da Toyota com baterias de estado sólido
A Toyota tem perseguido ativamente o desenvolvimento de baterias de estado sólido, com o objetivo de revolucionar o mercado de veículos elétricos (EV) com esta tecnologia. Aqui estão alguns pontos-chave sobre os esforços da Toyota:
- Colaboração para produção em massa: A Toyota fez parceria com a Idemitsu Kosan Co., Ltd. para desenvolver tecnologia de produção em massa de eletrólitos sólidos, que são cruciais para baterias de estado sólido. O seu objetivo é garantir o sucesso da comercialização destas baterias até 2027-28.
- Avanço Tecnológico: A Toyota afirma ter feito um avanço significativo na tecnologia de baterias de estado sólido, encontrando um novo material que aborda questões de longevidade, o que tem sido um grande desafio no passado.
- Melhor desempenho do EV: Com as novas baterias de estado sólido, a Toyota tem como meta uma melhoria de 20% na autonomia de cruzeiro e uma carga rápida de 10 minutos, o que seria uma melhoria substancial em relação às atuais capacidades do EV.
- Objectivos Futuros: Os planos da Toyota incluem veículos eléctricos com uma autonomia de até 1.500 quilómetros e tempos de carregamento inferiores a 10 minutos, estabelecendo um novo padrão para a indústria.
- Foco na Sustentabilidade: A mudança para baterias de estado sólido faz parte da estratégia mais ampla da Toyota de passar de uma abordagem centrada em híbridos para um foco em tecnologias avançadas de baterias e VEs.
O compromisso da Toyota com a tecnologia de baterias de estado sólido reflete a sua dedicação à inovação e sustentabilidade na indústria automóvel. Os esforços da empresa poderão levar a melhorias significativas na autonomia dos veículos elétricos, nos tempos de carregamento e no desempenho geral, tornando os veículos elétricos mais atraentes para uma gama mais ampla de consumidores.
Quais são as vantagens das baterias de estado sólido para os EVs da Toyota?
As baterias de estado sólido oferecem diversas vantagens para os veículos elétricos (EVs) da Toyota, que incluem:
- Maior densidade de energia: As baterias de estado sólido têm uma densidade de energia mais alta em comparação com as baterias tradicionais de íons de lítio. Isto significa que os veículos elétricos da Toyota podem armazenar mais energia, proporcionando uma autonomia de condução mais longa com uma única carga.
- Tempos de carregamento mais rápidos: Estas baterias podem ser carregadas muito mais rapidamente do que as baterias convencionais. A Toyota pretende tempos de carregamento inferiores a 10 minutos, o que é comparável aos tempos de reabastecimento de veículos movidos a gasolina.
- Maior autonomia elétrica: Com baterias de estado sólido, os veículos elétricos da Toyota poderiam atingir uma autonomia de até 1.500 quilômetros, significativamente maior do que qualquer carro movido a gasolina atualmente e a maioria dos veículos elétricos atuais.
- Segurança aprimorada: O eletrólito sólido nas baterias de estado sólido não é inflamável, reduzindo o risco de incêndios e aumentando a segurança geral do veículo.
- Peso mais leve: A ausência de um eletrólito líquido poderia potencialmente levar a uma bateria mais leve, contribuindo para a redução geral do peso do veículo e para maior eficiência.
- Maior desempenho: Espera-se que as baterias de estado sólido da Toyota ofereçam um aumento de 20% no alcance, com uma redução significativa no custo e a capacidade de atingir um estado substancial de carga em menos de 30 minutos.
Estas vantagens posicionam a Toyota para ter um impacto significativo no mercado de veículos elétricos, oferecendo aos consumidores veículos mais seguros, mais eficientes e mais convenientes de usar.
Tecnologia de Baterias – Que outras montadoras estão investindo em baterias de estado sólido?
Vários fabricantes de automóveis estão a investir na tecnologia de baterias de estado sólido, reconhecendo o seu potencial para melhorar o desempenho dos veículos eléctricos (EV). Aqui estão alguns dos principais jogadores:
- Mercedes-Benz : firmaram parceria com a ProLogium , empresa taiwanesa especializada em baterias de estado sólido, e estão trabalhando para eletrificar sua linha até 2030.
- Volkswagen: Em colaboração com a QuantumScape , a Volkswagen está a desenvolver baterias de estado sólido e pretende ter veículos elétricos alimentados por esta tecnologia até 2024.
- BMW : A BMW investiu na Solid Power, uma startup de baterias de estado sólido, como parte de sua estratégia para reduzir o custo dos VEs, investindo em baterias mais acessíveis e potentes.
- Ford: Juntamente com a BMW, a Ford está a liderar uma ronda de investimentos em Solid Power, demonstrando o seu compromisso com o desenvolvimento de baterias de estado sólido.
- General Motors: a GM possui um acordo de desenvolvimento com a SolidEnergy Systems (SES) de Cingapura, com o objetivo de produzir uma bateria para carros elétricos até 2023.
Estes investimentos indicam uma forte crença no futuro das baterias de estado sólido e no seu papel na próxima geração de VEs. Os fabricantes de automóveis estão a correr para superar os desafios técnicos e trazer estas baterias ao mercado, prometendo uma nova era de mobilidade eléctrica.
Tecnologia de Baterias – ProLogium e QuantumScape
Tecnologia ProLogium
A ProLogium Technology é uma empresa taiwanesa fundada em 2006, especializada em pesquisa, desenvolvimento e fabricação de baterias de estado sólido, principalmente baterias de cerâmica de lítio. Aqui estão alguns pontos-chave sobre o ProLogium :
- Inovação e Produção: A ProLogium é conhecida por sua abordagem inovadora para soluções de baterias de próxima geração, atendendo veículos elétricos, mercados consumidores e aplicações industriais.
- Produção em massa: É o único fabricante de baterias de estado sólido que atingiu a produção em massa, fornecendo milhares de células de amostras de baterias de estado sólido para fabricantes globais de automóveis para testes e desenvolvimento de módulos.
- Parcerias globais: a ProLogium assinou acordos de cooperação com vários fabricantes chineses de veículos elétricos e um memorando de entendimento com o fabricante de automóveis vietnamita Vinfast para produzir baterias de estado sólido para carros elétricos no Vietnã.
- Expansão Europeia: Em maio de 2023, a ProLogium anunciou a abertura de um principal centro de produção internacional em Dunquerque, França, depois de considerar vários locais europeus.
- Investimentos e avaliação: A empresa levantou financiamento significativo, colocando sua avaliação entre US$ 2 e US$ 3 bilhões, com investidores como Mercedes-Benz e VinFast .
Tecnologia QuantumScape
A QuantumScape , com sede em San Jose, Califórnia, é uma empresa americana fundada em 2010 com a missão de revolucionar o armazenamento de energia por meio da tecnologia de baterias de metal de lítio de estado sólido. Os principais aspectos do QuantumScape incluem:
- Tecnologia de Bateria: As baterias de estado sólido da QuantumScape são projetadas para maior densidade de energia, carregamento mais rápido e maior segurança, apoiando a transição para um futuro com menos carbono.
- Design Inovador: A empresa desenvolveu o primeiro design de célula sem ânodo do setor, que simplifica a fabricação e reduz os custos de material, ao mesmo tempo em que oferece alta densidade de energia.
- Segurança e Eficiência: Espera-se que as baterias do QuantumScape carreguem mais rápido, durem mais e operem com mais segurança do que os atuais EVs e veículos movidos a gás.
- Pesquisa e Desenvolvimento: Com mais de 12 anos de P&D, a QuantumScape fez avanços significativos na tecnologia de baterias, detendo mais de 300 patentes e pedidos de patentes.
- Investidores Notáveis: A empresa atraiu investimentos de figuras e entidades proeminentes, incluindo Bill Gates e Volkswagen.
Tanto a ProLogium quanto a QuantumScape estão na vanguarda da tecnologia de baterias de estado sólido, impulsionando a inovação e potencialmente transformando a indústria de veículos elétricos com seus avanços.
Quais são as principais diferenças entre as baterias ProLogium e QuantumScape ?
ProLogium e QuantumScape são empresas que trabalham em tecnologias de baterias de estado sólido, que são consideradas o próximo grande passo na inovação de baterias. Aqui estão as principais diferenças com base nas informações disponíveis:
Baterias QuantumScape :
- Carregamento rápido: as baterias de estado sólido do QuantumScape podem carregar de 0 a 80% da capacidade em apenas 15 minutos.
- Longevidade: Eles demonstraram retenção de capacidade acima de 80% após 800 ciclos, o que poderia se traduzir em 390.000 quilômetros em um veículo elétrico antes que a bateria se degradasse abaixo de 80% de sua capacidade original.
- Densidade de Energia: O QuantumScape sugeriu uma melhoria potencial de 50% a 100% na densidade volumétrica de energia em relação às atuais baterias de íons de lítio.
- Separador de cerâmica: No centro da tecnologia da QuantumScape está um separador de cerâmica, que é um material patenteado desenvolvido para enfrentar os desafios das baterias de estado sólido.
ProLogium :
- Ânodo de Silício: A ProLogium desenvolveu uma bateria de estado sólido com um ânodo feito 100% de óxido de silício, o que representa uma diferença significativa em relação às baterias tradicionais de íons de lítio que usam uma mistura de silício e outros materiais.
- Densidade de Energia: O uso de óxido de silício permite uma densidade de energia de 295-330 Wh /kg ou 695-770 Wh /L, o que representa uma melhoria considerável em relação às baterias tradicionais.
Ambas as empresas estão ampliando os limites da tecnologia de baterias com suas abordagens exclusivas. O carregamento rápido e a longevidade do QuantumScape são particularmente notáveis, enquanto o uso de um ânodo de silício pelo ProLogium para maior densidade de energia se destaca. À medida que a tecnologia se desenvolve, poderemos ver comparações e métricas de desempenho mais detalhadas.
Para concluir, o futuro da tecnologia de baterias é brilhante e cheio de potencial. À medida que estas tecnologias de ponta continuam a desenvolver-se, prometem transformar tudo, desde veículos elétricos a smartphones, tornando o nosso consumo de energia mais sustentável e eficiente. O impacto destes avanços será sentido em todas as indústrias, conduzindo-nos a um futuro mais eletrificado e independente de energia.
Referências:
- Um guia abrangente para tecnologias de bateria de ponta
https://howtostoreelectricity.com/powering-the-future-a-comprehensive-guide-to-cutting-edge-battery-technologies/?
- 10 tecnologias de bateria mais avançadas que impulsionarão o futuro
https://finance.yahoo.com/news/10-most-advanced-battery-technologies-150057439.html
- 5 inovações de ponta que estão redefinindo a tecnologia de baterias agora mesmo
https://www.wisdomtree.com/api/sitecore/pdf/getblogpdf?id=9f812235-7cbc-4788-a6a9-889575996a3f
https://electrek.co/2023/04/21/tesla-update-4680-battery-cell/ .
The Solid-State Race: Legacy Automakers Reach for Battery Breakthrough
https://www.tesla.com/giga-texas.
Toyota claims solid-state EV battery tech breakthrough could offer +900 miles driving range
https://www.quantumscape.com/.
