Energia
A Capacidade da Bateria do Seu EV Diminuiu? Culpe o Hidrogênio
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Perda de Energia das Baterias
Mesmo após décadas de uso em eletrônicos — e agora em veículos elétricos — ainda não compreendemos totalmente as baterias de íons de lítio. Por exemplo, um desses problemas é a tendência das baterias de se auto‑descarregarem ao longo do tempo. Esse problema tende a aumentar com o tempo e é uma das principais razões pelas quais as baterias chegam ao fim de sua vida útil após 7‑10 anos na maioria dos casos.
Auto‑descarga também é um problema para químicas de bateria que não utilizam cobalto, limitando sua adoção mesmo que o cobalto seja caro e produzido em condições que frequentemente violam direitos humanos.
Até recentemente, os cientistas assumiam que a auto‑descarga estava ligada aos íons de lítio (veja abaixo para mais detalhes). Mas parece que isso não era verdade.
Pesquisadores publicaram recentemente sua descoberta de que prótons (núcleos de hidrogênio) eram na verdade responsáveis pela auto‑descarga. Isso abre caminho para novos designs e formas de mitigar o problema, potencialmente melhorando significativamente as baterias futuras.
Eles publicaram suas descobertas na prestigiosa publicação Science sob o título “Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes”.
Isso foi alcançado com um enorme esforço colaborativo reunindo pesquisadores da University of Colorado, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, University of Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory, National Taiwan University.
O Paradigma Anterior
Baterias de lítio funcionam movendo íons de lítio do lado do ânodo para o lado do cátodo através de um eletrólito. Esse fluxo cria uma corrente elétrica. O processo é invertido ao carregar a bateria.
Fonte: ResearchGate
Até agora, a suposição era que a auto‑descarga estava ligada aos íons de lítio permanecendo presos no cátodo, não retornando ao ânodo ao carregar, reduzindo os íons disponíveis para gerar energia.
Isso tem sido central para melhorar os designs de íons de lítio, com muitas tentativas de otimizar o fluxo de íons de lítio e tornar seus retornos ao ânodo o mais perfeitos possível. No entanto, parece que este não é o problema real.
Hidrogênio Tomando os Lugares do Lítio
Os pesquisadores foram capazes de analisar em profundidade o material da bateria usando uma poderosa máquina de raios X no Laboratório Nacional de Argonne, do Departamento de Energia dos EUA, em Illinois.
Fazendo isso, descobriram que moléculas de hidrogênio do eletrólito da bateria migravam para o material do cátodo e ocupavam os lugares dos íons de lítio. Isso causava uma diminuição do espaço disponível para os íons de lítio, reduzindo a capacidade da bateria.
Isto ocorre principalmente no óxido de metal de transição em camadas do cátodo.
Além disso, esse processo também danifica fisicamente o cátodo, induzindo fissuras e acelerando a degradação da bateria.
Portanto, não só os prótons de hidrogênio reduzem a vida útil da bateria ao diminuir a capacidade, mas também causam danos diretos que até agora se acreditava serem causados pelos íons de lítio.
Potencial Direto
Resolvendo as Limitações dos Veículos Elétricos
Uma limitação chave na adoção de veículos elétricos e na transição para baterias sem cobalto é que químicas alternativas apresentam um alcance relativamente menor. Para alguns motoristas, isso é uma limitação inaceitável comparada a carros a combustão.
A preocupação de que o conjunto de baterias dure menos que o restante do carro, levando a despesas extras imprevisíveis, também é uma grande barreira que impede muitos de migrarem para veículos elétricos. Especialmente porque a maioria dos modelos de EV ainda são um pouco mais caros para comprar.
Essa curta vida útil também é uma preocupação ecológica, pois significa que mais material precisa ser extraído, mais energia é consumida para produzir as baterias e mais esforços são necessários para a reciclagem.
Melhorando a Vida Útil dos Cátodos
Agora que sabemos que o hidrogênio, e não o lítio, é o culpado pela degradação do cátodo, temos mais chances de encontrar soluções eficazes. Os pesquisadores, por exemplo, discutem o uso de um revestimento especial no cátodo que poderia bloquear as moléculas de hidrogênio.
Outra opção seria usar eletrólitos diferentes que não gerem hidrogênio em primeiro lugar.
Baterias de Estado Sólido
Esta também é uma descoberta encorajadora para baterias de estado sólido. Como esses designs não utilizam eletrólito algum, podem ser totalmente imunes aos problemas causados pelo hidrogênio gerado a partir do eletrólito.
Em si, isso poderia explicar parte do desempenho notável das baterias de estado sólido.
Investindo em Tecnologias Avançadas de Baterias
As baterias estão no centro da tendência de eletrificação, um esforço multitrilhão de dólares que busca remover os combustíveis fósseis de nossas fontes de energia. Baterias mais confiáveis, baratas ou duráveis estarão no centro do esforço de “verde” do nosso sistema energético.
Você pode investir em empresas relacionadas a baterias através de várias corretoras, e pode encontrar aqui, em securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos Estados Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.
Se você não está interessado em escolher empresas específicas de baterias, pode também olhar para ETFs de baterias como o Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), o Lithium & Battery Tech ETF (LIT) da Global X, ou o WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar o crescimento da indústria de baterias.
Ou você pode conferir nosso artigo sobre “Top 10 Battery Stocks To Invest In” e “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.
Empresas de Baterias Avançadas
1. CATL (300750.SZ)
Já falamos sobre a liderança tecnológica da CATL. A empresa é a líder global na fabricação de baterias, produzindo mais da metade do volume global de baterias. Está presente em cada etapa da cadeia de suprimentos de fabricação de baterias e é líder em tecnologia de baterias.
Isto é verdade para baterias de íons de lítio, onde a empresa tem sido líder estabelecida há muito tempo. Agora parece pequena em comparação com o último anúncio.
CATL também anunciou no passado progressos impressionantes em vários outros tipos de baterias:
- Uma bateria ultra‑longa vida de 12.000 ciclos para armazenamento de energia em escala de utilidade, com 18.000 ciclos como meta de longo prazo.
- Uma bateria LFP (Fosfato de Ferro‑Lítio) de 700 km carregando 400 km de autonomia em 10 minutosnow looks small in comparison to the latest announcement.
- Uma bateria 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 também investiu 3.25B em capacidades de reciclagem de baterias na China. CATL alcançou notavelmente uma taxa de recuperação impressionante de 99.6% for nickel, cobalt, manganese, and 91% for lithium.
Graças à sua escala, foco e conquistas em P&D, a CATL provavelmente estará na vanguarda da inovação, fabricação e reciclagem de baterias.
Isto a torna um parceiro chave para fabricantes de veículos elétricos, incluindo Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc., com a Hyundai recentemente adicionada à crescente lista de alianças estratégicas da CATLs.
Além disso, as lições aprendidas em uma química podem ser aplicáveis a outra, então podemos ver em breve baterias de íons de sódio em forma de favo de mel ou estado condensado, por exemplo. As economias de escala ao produzir metade das baterias do mundo também são provavelmente aplicáveis a toda a empresa, independentemente da tecnologia específica usada em um produto individual.
2. BYD (BYDDY)
Um desafiante de longa data da Tesla no mercado de veículos elétricos, a BYD se tornou um concorrente sério não apenas para a Tesla, mas para praticamente todos os fabricantes de automóveis.
A empresa evoluiu de sua origem como fornecedora de baterias de íons de lítio para telefones para vender quase tantos EVs quanto a Tesla na China (o maior mercado de EVs do mundo) e ser o EV mais vendido na Tailândia, Suécia, Austrália, Nova Zelândia, Cingapura, Israel e Brasil.
A BYD é uma grande parte do motivo pelo qual a China se tornou repentinamente o maior exportador de carros do mundo em 2023, superando o Japão. A agressiva expansão internacional da empresa também é sustentada por novas fábricas, como na Hungria.
E com o lançamento de carros de US$ 10.000‑12.000 como o Seagul, usando baterias de sódio, um mercado totalmente novo pode abrir para os EVs da BYD.
Ainda sendo um fabricante de baterias em sua essência, a BYD é um desafiante sério da CATL no mercado de baterias LFP (fosfato de ferro‑lítio), com 41,1 % de participação de mercado na China (comparado aos 33,9 % da CATL).
O “inundação” de EVs baratos produzidos pela BYD nos mercados europeu e americano provavelmente será recebida com algum nível de protecionismo (mesmo acima das tarifas recentemente impostas), o que poderia dificultar o crescimento da BYD.
Mas, ao mesmo tempo, os EVs chineses baratos já são um grande sucesso no resto do mundo, que não tem concorrentes domésticos fortes, incluindo toda a América do Sul, Rússia, África, Oriente Médio e Sudeste Asiático.
Isto representa vários bilhões de clientes potenciais para a BYD, vivendo em países ansiosos por equilibrar geopoliticamente e manter boas relações tanto com o Ocidente quanto com a China, portanto é improvável que criem barreiras protecionistas muito fortes.
E mesmo na UE ou nos EUA, a BYD pode permanecer competitiva, graças aos preços muito mais altos dos fabricantes locais de EV comparados aos preços na China, bem como à localização da produção fora da China para esses mercados, como, por exemplo, na Europa Oriental, México ou Turquia.
