Os Veículos Elétricos de Clima Frio Poderiam se Tornar uma Opção de Veículo?

Taxa de Adoção de EVs em Resfriamento

A eletrificação é uma tendência que está dominando o mundo. Isso vale tanto para veículos elétricos quanto para aquecimento e processos industriais. No entanto, nem tudo está perfeito ainda, pois as baterias de íons de lítio clássicas sofrem uma queda severa de desempenho em temperaturas baixas. Portanto, embora isso não seja realmente um problema na Califórnia ou na China, dois pontos quentes de adoção de EVs, pode ser sério nas latitudes do norte.

Apesar dessas limitações, vemos que as taxas de adoção de EVs são altas em países como a Noruega (72% EV e 14% híbridos), indicando uma forte disposição da população em mudar para EVs.

Fonte: Roland Berger

Ainda assim, o caso dos vizinhos da Noruega pode indicar que, sem subsídios massivos semelhantes aos noruegueses, a adoção pode estagnar abaixo de 50% na região.

Se os sistemas de bateria melhorarem o desempenho no frio, a região e outros países semelhantes poderiam se tornar dos primeiros a alcançar 100% de BEV (Veículos Elétricos a Bateria).

Até agora, a principal esperança de melhorar o desempenho em baixas temperaturas baseava‑se em baterias de íons de sódio, especialmente com o sólido progresso feito pela empresa chinesa CATL (siga o link para o relatório correspondente). Mas um novo conceito pode abrir caminho para baterias de íons de lítio especificamente adaptadas a condições frias.

Foi investigado por pesquisadores chineses da Universidade Donghua (China), Universidade Fudan, Universidade de Qingdao e Universidade da Mongólia Interior. Eles publicaram recentemente seu resultado na Angewandte Chemie sob o título “Negative Thermal Expansion Behavior Enabling Good Electrochemical-Energy-Storage Performance at Low Temperatures¹”.

Problemas das Baterias de Íons de Lítio com o Frio

As baterias de íons de lítio ainda são a forma mais poderosa e densa em energia de baterias disponíveis hoje na escala necessária para EVs. Isso pode mudar no futuro com baterias de estado sólido. Ou talvez baterias de íons de lítio aprimoradas, como as baterias honeycomb, sejam tão eficientes quanto as tecnologias de estado sólido.

Mas em ambos os casos, a questão do desempenho em clima frio persiste. O motivo é que o clima frio, especialmente temperaturas abaixo de zero, retarda a difusão de íons de lítio dentro do material do eletrodo. Por enquanto, isso tem sido considerado um limite fundamental da tecnologia, impulsionado pela física de como o íon‑lítio reage em baixas temperaturas.

As únicas alternativas em EVs têm sido usar a energia da bateria para mantê‑la aquecida (desperdiçando energia) ou instalar pacotes de bateria grandes o suficiente para que a perda de autonomia seja aceitável para o usuário. Pelo menos até agora.

Eletrodos de Expansão Térmica Negativa (ETN)

O conceito chave usado pelos pesquisadores é utilizar uma característica chamada expansão térmica negativa para o material do eletrodo, ou NTE. São materiais que se expandem ao esfriar, indo na direção oposta da maioria dos materiais, especialmente dos metais.

Um exemplo do cotidiano é a água, que se expande ao congelar, tornando o gelo menos denso que a água líquida.

Os testes foram realizados usando fosfato de titânio de lítio LiTi2(PO4)3 ou “LTP”.

LTP

Este material é formado por uma estrutura cristalina que forma uma rede 3D de octaedros TiO6 e tetraedros PO4. Isso cria uma estrutura aberta e flexível que contém tanto “cavidades” quanto “canais”, onde os íons de lítio podem se alojar.

Fonte: Angewandte Chemie

Quando resfriada, a estrutura cristalina se estende ao longo de um de seus eixos cristalinos. Isso aumenta as distâncias entre os átomos de oxigênio, ampliando as cavidades na rede.

O espaço maior nos cristais frios facilita o armazenamento e o transporte dos íons de lítio.

Desempenho a Frio Elevado

O aumento do tamanho das cavidades não elimina totalmente a menor mobilidade dos íons de lítio, mas ajuda bastante. Os pesquisadores descobriram que a −10 °C, a taxa de difusão dos íons de lítio ainda era 84 % do valor obtido a 25 °C. Eles também testaram quão eficiente e estável essa bateria seria.

Testes eletroquímicos em LTP revestido com carbono a −10 °C mostraram bom desempenho eletroquímico com alta capacidade e alta capacidade de taxa. A durabilidade da bateria também foi alta, sem degradação significativa da capacidade de retenção ao longo de 1000 ciclos de carga/descarga (96,8 % de retenção de capacidade).

Aplicações Futuras

Este novo tipo de eletrodo precisará ser investigado quanto ao seu potencial em EVs de clima frio construídos sob medida.

É provável que isso seja um requisito para EVs que precisam operar em regiões com invernos rigorosos, como Canadá, Escandinávia, Rússia, áreas montanhosas, etc. Pelo menos para se tornar o padrão, e não apenas um carro secundário opcional para motoristas suficientemente ricos.

Também é possível que outros materiais de eletrodo com expansão térmica negativa existam e apresentem propriedades eletroquímicas ainda melhores. Portanto, provavelmente, mais pesquisas serão necessárias para encontrar o material de eletrodo ideal para clima frio.

A longo prazo, essa tecnologia pode também ter aplicações importantes na exploração espacial, com veículos e sistemas de armazenamento de energia operando em órbita, na Lua ou em Marte, que provavelmente exigirão desempenho robusto mesmo em ambientes extremamente frios.

Investindo em Tecnologias Avançadas de Baterias

As baterias estão no centro da tendência de eletrificação, que por si só é um esforço multitrilhão de dólares que busca remover os combustíveis fósseis de nossas fontes de energia.

Você pode investir em empresas relacionadas a baterias através de várias corretoras, e pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações das melhores corretoras nos Estados Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como muitos outros países.

Se você não tem interesse em escolher empresas específicas de baterias, também pode considerar ETFs de baterias como Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), o Lithium & Battery Tech ETF (LIT) da Global X, ou o WisdomTree (WT ) Battery Solutions UCITS ETF, que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar o crescimento da indústria de baterias.

CATL (300750.SZ)

Conforme discutido, a CATL é uma líder tecnológica com baterias avançadas de íons de lítio em estrutura honeycomb e designs de íons de sódio.

A empresa é a líder global em fabricação de baterias, produzindo mais da metade do volume global de baterias. Está presente em cada etapa da cadeia de suprimentos da fabricação de baterias.

Isso é verdade para baterias de íons de lítio, onde a empresa tem sido líder há muito tempo. Também é forte em baterias LFP (fosfato de ferro e lítio), com o design aprimorado anunciado recentemente que pode acrescentar 600 km de autonomia em apenas 10 minutos. No total, a autonomia poderia ultrapassar 1.000 km (600 milhas), eliminando totalmente toda a “ansiedade de alcance” para futuros proprietários de EVs.

Paralelamente, a CATL também anunciou no passado progressos impressionantes em vários tipos de bateria:

• Uma bateria ultra‑longa vida de 12.000 ciclos para armazenamento de energia em escala utilitária, com 18.000 ciclos como meta de longo prazo.
• Uma bateria com densidade de energia de 500 Wh/kg, potencialmente permitindo a eletrificação de aeronaves de passageiros
• Produção em massa de baterias de íons de sódio de 160 Wh/kg, com meta de 200 Wh/kg.

Fonte: CATL

CATL investiu 3,25 B em capacidades de reciclagem de baterias na China. Ela alcançou notavelmente uma taxa de recuperação impressionante de 99,6 % para níquel, cobalto, manganês e 91 % para lítio.

Graças à sua escala, foco e conquistas em P&D, a CATL provavelmente estará na vanguarda da inovação, fabricação e reciclagem de baterias.

Isso a torna um parceiro chave para fabricantes de EVs, incluindo Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc., com a Hyundai recentemente adicionada à crescente lista de alianças estratégicas da CATL.

Além disso, as lições aprendidas em uma química podem ser aplicáveis a outra. Portanto, a descoberta discutida neste artigo pode ser a origem de combinações surpreendentes; por exemplo, podemos imaginar algumas novas ideias:

• Eletrodo de expansão térmica negativa construído com estrutura honeycomb.
• Aplicar expansão térmica negativa à tecnologia de íons de sódio para criar a bateria definitiva resistente ao frio.
• Usar expansão térmica negativa nas baterias ultra‑estáveis de escala utilitária da CATL, capturando o mercado da rede elétrica de países frios.

As economias de escala de já produzir metade das baterias do mundo também devem ser aplicáveis a toda a empresa, independentemente da tecnologia específica usada em um produto individual.

Portanto, quanto mais progresso for feito na tecnologia de baterias em geral, mais provável será que a CATL consiga integrá‑lo em seus designs existentes, criando maior demanda, o que por sua vez aumenta ainda mais as economias de escala, em um ciclo de feedback positivo.

Por fim, os investidores devem estar cientes da crescente divisão entre EUA e China, com a CATL sendo potencialmente uma vítima colateral. Ela foi incluída na lista de Empresas Militares Chinesas (CMC) do Departamento de Defesa dos EUA.

CATL afirmou em comunicado que nunca se envolveu em nenhum negócio ou atividade relacionados a militares, e que sua inclusão na lista CMC foi “um erro”.

A empresa observou que não espera nenhum impacto adverso substancial em seus negócios, e que está dialogando com o Departamento de Defesa dos EUA para resolver a situação, inclusive por meio de ação legal, se necessário.

Fast Market

Essa determinação não impõe sanções imediatas à CATL ou a outras empresas da lista, mas ainda pode impactar o preço das ações e as futuras exportações da CATL para mercados ocidentais.

(Você também pode ler nosso relatório mais extenso de setembro de 2024, inteiramente dedicado à CATL, para uma análise mais profunda da história e tecnologia da empresa).

Referência do Estudo:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Negative thermal expansion behavior enabling good electrochemical-energy-storage performance at low temperatures. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}