O mundo precisa de mais energia, de preferência numa forma limpa e renovável.As nossas estratégias de armazenamento de energia são atualmente moldadas por baterias de iões de lítio – na vanguarda desta tecnologia – mas o que podemos esperar nos próximos anos?
Vamos começar com alguns princípios básicos da bateria.Uma bateria é um conjunto de uma ou mais células, cada uma com um eletrodo positivo (o cátodo), um eletrodo negativo (o ânodo), um separador e um eletrólito.O uso de diferentes produtos químicos e materiais para isso afeta as propriedades da bateria – quanta energia ela pode armazenar e produzir, quanta energia pode fornecer ou o número de vezes que pode ser descarregada e recarregada (também chamada de capacidade de ciclagem).
As empresas de baterias estão constantemente fazendo experiências para encontrar produtos químicos que sejam mais baratos, mais densos, mais leves e mais potentes.Conversamos com Patrick Bernard – Diretor de Pesquisa da Saft, que explicou três novas tecnologias de baterias com potencial transformador.
BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO DE NOVA GERAÇÃO
O que é?
Nas baterias de íon de lítio (íon de lítio), o armazenamento e a liberação de energia são fornecidos pelo movimento dos íons de lítio do eletrodo positivo para o negativo, para frente e para trás, através do eletrólito.Nesta tecnologia, o eletrodo positivo atua como fonte inicial de lítio e o eletrodo negativo como hospedeiro do lítio.Vários produtos químicos são reunidos sob o nome de baterias de íon-lítio, como resultado de décadas de seleção e otimização próxima da perfeição de materiais ativos positivos e negativos.Óxidos metálicos litiados ou fosfatos são os materiais mais comuns usados como materiais positivos presentes.Grafite, mas também grafite/silício ou óxidos de titânio litiados são usados como materiais negativos.
Com materiais e designs de células reais, espera-se que a tecnologia de íons de lítio atinja um limite de energia nos próximos anos.No entanto, descobertas muito recentes de novas famílias de materiais activos disruptivos deverão desbloquear os limites actuais.Estes compostos inovadores podem armazenar mais lítio em eletrodos positivos e negativos e permitirão, pela primeira vez, combinar energia e potência.Além disso, com estes novos compostos também são levadas em conta a escassez e a criticidade das matérias-primas.
Quais são suas vantagens?
Hoje, entre todas as tecnologias de armazenamento de última geração, a tecnologia de baterias de íons de lítio permite o mais alto nível de densidade de energia.Desempenhos como carga rápida ou janela de operação de temperatura (-50°C a 125°C) podem ser ajustados pela grande variedade de design de células e produtos químicos.Além disso, as baterias de íon-lítio apresentam vantagens adicionais, como autodescarga muito baixa e vida útil muito longa e desempenho de ciclagem, normalmente milhares de ciclos de carga/descarga.
Quando podemos esperar isso?
Espera-se que a nova geração de baterias avançadas de íons de lítio seja implantada antes da primeira geração de baterias de estado sólido.Eles serão ideais para uso em aplicações como sistemas de armazenamento de energia paraenergias renováveise transporte (marinho, ferrovias,aviaçãoe mobilidade fora de estrada) onde alta energia, alta potência e segurança são obrigatórias.
BATERIAS DE LÍTIO-ENXOFRE
O que é?
Nas baterias de íon-lítio, os íons de lítio são armazenados em materiais ativos que atuam como estruturas hospedeiras estáveis durante a carga e a descarga.Nas baterias de lítio-enxofre (Li-S), não existem estruturas hospedeiras.Durante a descarga, o ânodo de lítio é consumido e o enxofre é transformado em uma variedade de compostos químicos;durante o carregamento, ocorre o processo inverso.
Quais são suas vantagens?
Uma bateria Li-S utiliza materiais ativos muito leves: enxofre no eletrodo positivo e lítio metálico como eletrodo negativo.É por isso que a sua densidade energética teórica é extraordinariamente elevada: quatro vezes maior que a do ião-lítio.Isso o torna uma boa opção para as indústrias de aviação e espacial.
A Saft selecionou e favoreceu a tecnologia Li-S mais promissora baseada em eletrólito de estado sólido.Este caminho técnico traz densidade de energia muito alta, longa vida e supera as principais desvantagens do Li-S de base líquida (vida limitada, alta autodescarga,…).
Além disso, esta tecnologia é complementar ao ião de lítio em estado sólido graças à sua densidade de energia gravimétrica superior (+30% em jogo em Wh/kg).
Quando podemos esperar isso?
As principais barreiras tecnológicas já foram ultrapassadas e o nível de maturidade está a progredir muito rapidamente no sentido de protótipos em grande escala.
Para aplicações que exigem bateria de longa duração, espera-se que esta tecnologia chegue ao mercado logo após o íon de lítio em estado sólido.
BATERIAS DE ESTADO SÓLIDO
O que é?
As baterias de estado sólido representam uma mudança de paradigma em termos de tecnologia.Nas modernas baterias de íon-lítio, os íons se movem de um eletrodo para outro através do eletrólito líquido (também chamado de condutividade iônica).Nas baterias totalmente de estado sólido, o eletrólito líquido é substituído por um composto sólido que, no entanto, permite que os íons de lítio migrem dentro dele.Este conceito está longe de ser novo, mas nos últimos 10 anos – graças a intensa investigação mundial – foram descobertas novas famílias de eletrólitos sólidos com condutividade iónica muito elevada, semelhante ao eletrólito líquido, permitindo ultrapassar esta barreira tecnológica específica.
Hoje,SeguroOs esforços de Pesquisa e Desenvolvimento concentram-se em 2 tipos principais de materiais: polímeros e compostos inorgânicos, visando a sinergia das propriedades físico-químicas como processabilidade, estabilidade, condutividade…
Quais são suas vantagens?
A primeira grande vantagem é uma melhoria acentuada na segurança ao nível das células e das baterias: os eletrólitos sólidos não são inflamáveis quando aquecidos, ao contrário dos seus homólogos líquidos.Em segundo lugar, permite a utilização de materiais inovadores, de alta tensão e alta capacidade, permitindo baterias mais densas e leves, com melhor vida útil, como resultado da redução da autodescarga.Além disso, a nível do sistema, trará vantagens adicionais, como mecânica simplificada, bem como gestão térmica e de segurança.
Como as baterias podem apresentar uma alta relação potência/peso, elas podem ser ideais para uso em veículos elétricos.
Quando podemos esperar isso?
Vários tipos de baterias totalmente em estado sólido provavelmente chegarão ao mercado à medida que o progresso tecnológico continuar.As primeiras serão baterias de estado sólido com ânodos à base de grafite, trazendo melhor desempenho energético e segurança.Com o tempo, tecnologias de baterias de estado sólido mais leves que utilizam um ânodo metálico de lítio deverão tornar-se comercialmente disponíveis.
Horário da postagem: 03 de agosto de 2022