Sua Bateria de VE Diminuiu? Culpe o Hidrogênio

Perdendo a Energia das Baterias

Mesmo após décadas de utilização em eletrônicos — e agora em VE — ainda não entendemos completamente as baterias de íon-lítio. Por exemplo, um desses problemas é a tendência das baterias de se autodescarregarem com o tempo. Este é um problema que tende a se tornar maior com o tempo e um dos principais motivos pelos quais as baterias atingem o fim de sua vida útil após 7-10 anos, na maioria dos casos.

A autodescarrega também é um problema para químicas de bateria que não usam cobalto, limitando sua adoção, mesmo que o cobalto seja caro e produzido em condições que frequentemente violam os direitos humanos.

Até recentemente, os cientistas supunham que a autodescarrega 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 autodescarrega. Isso abre o caminho para novos designs e maneiras de mitigar o problema, potencialmente melhorando significativamente as baterias futuras.

Eles publicaram suas descobertas na prestigiosa publicação Science, sob o título “hidrogenação de óxido mediada por solvente em catodos em camadas”.

Isso foi alcançado com um esforço colaborativo maciço, reunindo pesquisadores da Universidade de Colorado, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, Universidade de Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory, National Taiwan University.

O Paradigma Anterior

As baterias de lítio funcionam movendo íons de lítio do lado da anodo para o lado do catodo através de um eletrólito. Esse fluxo cria uma corrente elétrica. O processo é revertido quando a bateria é carregada.

Fonte: ResearchGate

Até agora, a suposição era de que a autodescarrega estava ligada a íons de lítio que ficavam presos no catodo, então não retornavam à anodo quando a bateria era carregada, reduzindo os íons disponíveis para gerar energia.

Isso tem sido central para melhorar os designs de íon-lítio, com muitas tentativas de otimizar o fluxo de íons de lítio e fazer com que seus retornos à anodo sejam o mais perfeitos possível. No entanto, parece que isso não é o problema real.

Hidrogênio Ocupando os Lugares do Lítio

Os pesquisadores foram capazes de analisar a fundo o material da bateria usando uma poderosa máquina de raios-X no Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA.

Ao fazer isso, eles descobriram que moléculas de hidrogênio do eletrólito da bateria se moviam para o material do catodo e ocupavam os lugares dos íons de lítio. Isso causou uma diminuição no espaço disponível para os íons de lítio, reduzindo a capacidade da bateria.

Isso acontece principalmente na camada de óxido de metal de transição do catodo.

Além disso, esse processo também danifica fisicamente o catodo, induzindo rachaduras e acelerando a degradação da bateria.

Portanto, não apenas os prótons de hidrogênio reduzem a vida útil da bateria, reduzindo a capacidade, mas também causam danos diretos que até agora eram atribuídos aos íons de lítio.

Potencial Direto

Resolvendo as Limitações dos VE

Uma limitação-chave na adoção de VE e na mudança para baterias sem cobalto é que químicas alternativas exibem uma faixa de alcance relativamente menor. Para alguns motoristas, isso é uma limitação inaceitável em comparação com carros a gasolina.

A preocupação de que o pacote de bateria dure menos do que o resto do carro, levando a despesas extras imprevisíveis, também é uma grande preocupação que impede muitas pessoas de mudar para VE. Especialmente desde que a maioria dos modelos de VE ainda é um pouco mais cara para comprar.

Essa curta vida útil também é uma preocupação ecológica, pois significa que mais materiais precisam ser extraídos, mais energia é consumida para produzir as baterias e mais esforços precisam ser feitos para reciclar.

Melhorando a Vida Útil dos Catodos

Agora que sabemos que o hidrogênio, e não o lítio, é o culpado pela degradação do catodo, estamos mais propensos a encontrar soluções eficazes. Por exemplo, os pesquisadores discutem o uso de um revestimento especial no catodo que poderia bloquear as moléculas de hidrogênio.

Outra opção seria usar eletrólitos diferentes que não gerem hidrogênio em primeiro lugar.

Baterias de Estado Sólido

Essa é também uma descoberta encorajadora para baterias de estado sólido. Como esses designs não usam um eletrólito, eles podem ser completamente imunes aos problemas causados pelo hidrogênio criado pelo eletrólito.

Isso pode explicar algumas das performances notáveis das baterias de estado sólido.

Investindo em Tecnologias de Bateria Avançadas

As baterias estão no centro da tendência de eletrificação, que é um esforço multitrilionário para remover os combustíveis fósseis de nossas fontes de energia. E baterias mais confiáveis, mais baratas ou mais duráveis estarão no centro do esforço de “tornar verde” nosso sistema de energia.

Você pode investir em empresas relacionadas a baterias por meio de muitos corretores e pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações para os melhores corretores nos EU, Canadá, Austrália, Reino Unido, assim como muitos outros países.

Se você não estiver interessado em escolher empresas de bateria específicas, também pode olhar para ETFs de bateria, como Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), ou o WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, que fornecerá uma exposição mais diversificada para capitalizar a indústria de bateria em crescimento.

Ou você pode olhar para nosso artigo sobre as “10 Principais Ações de Bateria para Investir” e “10 Principais Ações de Metais de Bateria e Mineração de Energia Renovável“.

Empresas de Bateria Avançadas

1. CATL (300750.SZ)

Falamos já da liderança tecnológica da CATL. A empresa é a líder global na fabricação de baterias, produzindo mais da metade do volume global de baterias. Ela está presente em todos os passos da cadeia de suprimento de fabricação de baterias e é uma líder em tecnologia de bateria.

Isso é verdade para baterias de íon-lítio, onde a empresa tem sido uma líder estabelecida há muito tempo. Agora parece pequeno em comparação com o anúncio mais recente.

A CATL também anunciou no passado progressos impressionantes em vários outros tipos de baterias:

• Uma bateria de 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 de Lítio) de 700km carregando 400km de alcance em 10 minutos agora parece pequeno em comparação com o anúncio mais recente.
• Uma bateria de 500 Wh/kg, potencialmente permitindo a eletrificação de aeronaves de passageiros.
• Produção em massa de baterias de íon-sódio de 160Wh/kg, com uma meta de 200 Wh/kg.

Fonte: CATL

A CATL também investiu 3,25 bilhões em capacidades de reciclagem de baterias na China. A CATL notavelmente alcançou uma taxa de recuperação 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 à frente da inovação, fabricação e reciclagem de baterias.

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

Além disso, as lições aprendidas em uma química podem ser aplicáveis em outra, então podemos ver logo baterias de íon-sódio em favo de mel ou em estado condensado, por exemplo. As economias de escala na produção de 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 desafiador de longa data da Tesla no mercado de VE, 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 íon-lítio para telefones para vender quase tantos VE quanto a Tesla na China (o maior mercado de VE do mundo) e ser o VE mais vendido em Tailândia, Suécia, Austrália, Nova Zelândia, Singapura, Israel e Brasil.

A BYD é uma grande parte do motivo pelo qual a China se tornou o maior exportador de carros do mundo em 2023, superando o Japão. A expansão agressiva da empresa para o exterior também é impulsionada por novas fábricas, como na Hungria.

E com o lançamento de carros de $10.000 a $12.000, como o Seagul, que usa baterias de sódio, um novo mercado pode se abrir para os VE da BYD.

Fonte: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0

Ainda uma fabricante de baterias em seu núcleo, a BYD é um desafiador sério da CATL no mercado de baterias LFP (fosfato de ferro de lítio), com uma participação de mercado de 41,1% na China (em comparação com 33,9% da CATL).

A “inundação” de VE baratos produzidos pela BYD nos mercados europeu e americano provavelmente será encontrada com algum nível de protecionismo (mesmo acima dos recentes tarifas impostas), o que pode dificultar o crescimento da BYD.

Mas, ao mesmo tempo, os VE baratos chineses já são um grande sucesso no resto do mundo, que não tem muitos fabricantes de automóveis nacionais para proteger, incluindo a totalidade da América do Sul, Rússia, África, Oriente Médio e Sudeste Asiático.

Isso representa vários bilhões de potenciais clientes para a BYD, que vivem em países ansiosos para manter um equilíbrio geopolítico e manter boas relações com o Ocidente e a China, então 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 de VE locais em comparação com os preços na China, bem como à localização da produção fora da China para esses mercados, como, por exemplo, na Europa Oriental, México ou Turquia.