Novo Design de Íon-Lítio Permite Carregamento Rápido de Veículos Elétricos no Frio

O mercado global de veículos elétricos (EV) está experimentando um crescimento robusto, com um em cada cinco carros vendidos sendo elétricos. 

No ano passado, o número de EVs vendidos cresceu 25%, e, com isso, os EVs representaram 21% de todas as vendas de carros em todo o mundo.

Esse crescimento é impulsionado pela demanda dos consumidores, preocupados com a mudança climática, apoio político de governos ao redor do mundo, aumento da competição de preços, tornando os EVs acessíveis, e melhorias na tecnologia de baterias.

No campo das baterias, as baterias de íon‑lítio são a tecnologia de bateria mais popular e amplamente usada devido ao seu peso leve, alta densidade de energia e longa vida útil. 

No entanto, apesar desses avanços na tecnologia de baterias, as baterias de íon‑lítio existentes têm desempenho limitado em baixas temperaturas e carregamentos rápidos. Seu desempenho também é afetado se o eletrodo for muito espesso, onde múltiplos efeitos de transporte de massa e cinética interfacial precisam ser abordados simultaneamente.

Isso resulta em compromissos de design que limitam o uso de baterias em áreas difíceis de eletrificar. Isso se aplica especificamente a ambientes extremos e configurações onde o gerenciamento térmico não é viável. 

Isso significa que melhorar as baterias de lítio requer enfrentar o trílogo entre eletrodos de alta densidade de energia, operação em baixa temperatura e carregamento rápido. 

Com esse objetivo, engenheiros da Universidade de Michigan introduziram uma estratégia que permite carregamento extremamente rápido, até 6C, em temperaturas tão baixas quanto −10°C. O carregamento rápido em baixas temperaturas promete melhorar os EVs em climas frios. 

O carregamento rápido em temperaturas abaixo de zero foi alcançado mantendo cargas de eletrodo >3mAh/cm2. 

Para isso, a equipe introduz uma estratégia que integra arquiteturas de eletrodos tridimensionais com uma interface artificial de eletrólito sólido (SEI) usando deposição de camada atômica de um eletrólito sólido (Li3BO3-Li2CO3). 

Essa estratégia sinérgica pode abordar limitações interfaciais e de transporte sob condições extremas sem a formação nociva de placa de Li. Modificar os eletrodos para melhorar o transporte de massa e a cinética interfacial aumentou sua capacidade acessível.

De acordo com o estudo, publicado em Joule¹, ele fornece insights fundamentais sobre os mecanismos dominantes que controlam a formação de placa de lítio e a perda de capacidade em condições de baixa temperatura e carregamento rápido.

Carregamento Rápido para EVs em Clima Frio 

A adoção global de EVs tem crescido de forma constante desde a década de 2010. Em 2020, os carros elétricos tiveram seu grande momento, com o aumento de registros nos principais mercados apesar da pandemia de COVID. 

EVs tiveram seu ano recorde em 2020, com mais de 10 milhões deles nas estradas até o final do ano, com modelos elétricos de bateria impulsionando a expansão.

Desde então, os carros elétricos se tornaram ainda mais populares, tornando-se uma visão comum nas rodovias. No entanto, a taxa de crescimento está agora desacelerando. 

De acordo com uma pesquisa de consumidores da AAA, o número de adultos nos EUA que estariam “prováveis” ou “muito prováveis” de comprar um EV novo ou usado caiu de 23% em 2023 para 18% em 2024. Além disso, 63% disseram que seriam “improváveis” ou “muito improváveis” de que sua próxima compra de veículo fosse um EV. 

“Os primeiros adotantes que queriam um EV já têm um,” Greg Brannon, diretor de pesquisa automotiva da AAA, observou no verão passado. “O grupo restante de pessoas que ainda não adotaram EVs considera a praticidade, custo, conveniência e experiência de propriedade, e para alguns, esses são obstáculos grandes o suficiente para impedi-los de dar o salto para totalmente elétrico.” O interesse está mudando para híbridos.

A mudança se deve em parte a preocupações com a redução de autonomia no inverno e carregamento mais lento. No inverno, as baterias precisam estar suficientemente quentes para que os elétrons se movimentem, o que significa que pode levar meia hora para aquecer a bateria e prepará‑la para carregar. De acordo com Neil Dasgupta, professor associado de engenharia mecânica e ciência e engenharia de materiais na U‑M:

“Carregar a bateria de um EV leva de 30 a 40 minutos mesmo para carregamento rápido agressivo, e esse tempo aumenta para mais de uma hora no inverno. Esse é o ponto problemático que queremos resolver.” 

Estudos descobriram que a perda de autonomia pode variar de 10% a 36%. O fato é que, em baixas temperaturas, “praticamente tudo que é uma substância química desacelera.”

Então, os engenheiros da U‑M desenvolveram um processo de fabricação modificado para baterias de EV que poderia permitir carregamento rápido em clima congelante e altas autonomias. Com esses grandes problemas resolvidos, esse processo pode impulsionar ainda mais a adoção de carros elétricos. 

“Prevemos essa abordagem como algo que os fabricantes de baterias de EV poderiam adotar sem grandes mudanças nas fábricas existentes. Pela primeira vez, demonstramos um caminho para alcançar simultaneamente carregamento extremamente rápido em baixas temperaturas, sem sacrificar a densidade de energia da bateria de íon‑lítio.” 

– Autor correspondente do estudo, Dasgupta

Ao utilizar este novo processo de fabricação, Li-ion EV batteries podem carregar até 500% mais rápido mesmo a 14°F.

Esse desempenho forte é resultado de uma estrutura e revestimento que impede a formação de placa de lítio nos eletrodos da bateria. A placa de lítio é prejudicial às baterias, comprometendo seu desempenho por meio de perda de capacidade e vida útil reduzida. Pode ainda ser um potencial risco de segurança na forma de curtos‑circuitos internos devido à formação de dendritos de lítio. 

Ao impedir a formação de placa de Li, as modificações permitiram que as baterias mantivessem até 97% de sua capacidade, mesmo após serem carregadas rapidamente 100 vezes em temperaturas muito frias.

Engenharia de uma Bateria com Melhor Velocidade, Autonomia & Resistência ao Frio

As baterias de EV armazenam energia química e a convertem em energia elétrica. Essa conversão é impulsionada por uma reação eletroquímica que utiliza células de íon‑lítio com um ânodo (eletrodo negativo) e um cátodo (eletrodo positivo) separados por um separador e um eletrólito. 

O eletrólito, uma solução como um sal de lítio, facilita a transferência de íons entre o cátodo e o ânodo. Esse movimento de íons impulsiona o fluxo de elétrons através de um circuito externo, criando energia elétrica para alimentar o dispositivo conectado.

Durante a descarga, quando a bateria está em uso, o ânodo libera íons de Li para o cátodo. Quando está carregando, ou seja, conectado à fonte de energia, o cátodo libera os íons de lítio para o ânodo. Em temperaturas frias, o movimento dos íons desacelera, reduzindo a potência da bateria e a taxa de carregamento.

Para ampliar a autonomia de um EV, que é a distância que pode percorrer com uma única carga, os fabricantes de automóveis adotaram a abordagem de aumentar a espessura do eletrodo. Isso permitiu que as montadoras oferecessem viagens mais longas antes da necessidade de recarregar, mas também torna parte do lítio de difícil acesso, o que leva a carregamento mais lento e menos potência para um dado peso da bateria.

A equipe da U‑M anteriormente melhorou² a capacidade de carregamento da bateria criando caminhos no ânodo, cada um com 40 micrômetros de tamanho. Os canais serviram como caminhos de difusão para transporte iônico rápido. 

Para isso, eles demonstraram um processo de gravação a laser para produzir arquiteturas de ânodo de grafite 3D. Nesse processo, eles dispararam o grafite com lasers, o que permitiu que os íons de Li encontrassem locais para se alojar mais rapidamente. Ao penetrar profundamente no eletrodo, garantiram um carregamento mais uniforme.

Quando testado, o design mostrou retenção de capacidade de 91% e 86% após 600 ciclos de carregamento de 4C e 6C, respectivamente. O design de ânodo 3D também permitiu que as células acessassem > 90% da capacidade durante o carregamento rápido.

Apesar de acelerar consideravelmente o carregamento à temperatura ambiente, o carregamento em temperaturas frias permaneceu ineficiente. Isso se deve à camada química que se forma na superfície do eletrodo como resultado da reação com o eletrólito.

“Essa placa impede que todo o eletrodo seja carregado, reduzindo novamente a capacidade energética da bateria.” 

– Coautor do estudo Manoj Jangid, que é pesquisador sênior em engenharia mecânica na U‑M.

A solução para esse problema foi impedir a formação da camada superficial, o que foi alcançado ao revestir a bateria com um material feito de borato de lítio‑carbonato. O revestimento, que tinha espessura de cerca de 20 nm, acelerou o carregamento a frio.

Quando isso foi combinado com os canais, as células de teste foram encontradas carregando 500% mais rápido em temperaturas abaixo de zero.

“Pela sinergia entre as arquiteturas 3‑D e a interface artificial, este trabalho pode simultaneamente enfrentar o trílogo do carregamento rápido em baixa temperatura para condução de longa distância.”

– Primeiro autor Tae Cho, recém‑doutor em engenharia mecânica

O trabalho subsequente para desenvolver um processo pronto para fábrica está sendo financiado pela Michigan Economic Development Corporation.

A equipe de engenharia da U‑M também solicitou proteção de patente. Enquanto isso, a Arbor Battery Innovations — uma entidade na qual tanto Dasgupta quanto a Universidade têm interesse financeiro — licenciou a tecnologia de canais e agora está trabalhando para comercializá‑la.

Empresa Inovadora

Ford Motor  

Agora, se olharmos para uma empresa inovadora no mundo das baterias e EVs, a Tesla de Elon Musk, com capitalização de mercado de US$ 875,5 bilhões, é o nome mais proeminente, mas tem passado por momentos difíceis. Suas ações caíram 32,6% no ano e negociam a 261.23. A empresa, que não paga dividendos, também sofreu uma queda de 13% no 1Q 2025 em suas entregas de veículos (336,681) em relação ao ano anterior. Durante esse trimestre, a Tesla enfrentou boicotes, protestos e até atos criminosos devido ao envolvimento do CEO Musk na administração Trump.

Em seguida, há a Albemarle Corporation, com capitalização de mercado de US$ 7,1 bilhões (ALB ), um dos maiores produtores de lítio e crítico para a cadeia de suprimentos de baterias de íon‑lítio. As ações da ALB também caíram quase 30% no ano, embora pague um rendimento de dividendos de 2,68%.

Na infraestrutura de EV, a ChargePoint (CHPT ), que tem capitalização de mercado de US$ 273,3 milhões, também tem enfrentado um ambiente desafiador. Sua receita caiu, e suas ações estão 44,25% abaixo no ano, negociando a US$ 0.60.

Então, existem empresas que realmente estão indo bem? Bem, a BYD e a CATL, ambas baseadas na China, certamente estão.

A montadora chinesa e fabricante de baterias está vendo um crescimento financeiro substancial, relatando uma receita anual de US$ 107 bilhões para 2024, superando a Tesla. “A BYD se tornou líder da indústria em todos os setores, desde baterias, eletrônicos até veículos de nova energia, quebrando o domínio das marcas estrangeiras e remodelando o novo cenário do mercado global,” disse o presidente da BYD, Wang Chuanfu.

No 1T25, entretanto, a BYD vendeu quase um milhão de veículos de passageiros, um aumento de 58,7% em relação ao 1T24. Pouco mais de 200 mil desses veículos foram exportados, um aumento de 110,5% em relação ao 1T24. Até suas ações subiram impressionantes 28,77% no ano, negociando a US$ 43.78 e pagando um rendimento de dividendos de 1%

reportando uma receita anual de US$ 107 bilhões para 2024, superando a Tesla. “BYD has become an industry leader in every sector from batteries, electronics to new energy vehicles, breaking the dominance of foreign brands and reshaping the new landscape of the global market,” said BYD president Wang Chuanfu.

A Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) é outra fabricante chinesa líder de baterias que está prestes a receber aprovação da Bolsa de Hong Kong para uma listagem de US$ 5 bilhões que reforçará sua situação financeira e apoiará seus planos de expansão.

Fora da China, a montadora alemã Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) também tem feito muito progresso, reportando um aumento de 1,4% em suas entregas globais para 2,13 milhões de unidades no primeiro trimestre de 2025. Esse salto é impulsionado pelo crescimento na Europa e nas Américas, enquanto suas entregas no mercado chinês diminuíram 7,1%. Ainda assim, espera‑se que os lucros operacionais sejam menores devido a uma queda no mercado dos EUA por temores de recessão global. A empresa também planeja aumentar os preços após a entrada em vigor das tarifas automotivas de 25% de Trump.

Voltando ao mercado dos EUA, aqui, a Ford tem potencial para ganhar participação de mercado como fabricante americano de automóveis, que produz a grande maioria de seus carros domesticamente. Fundada por Henry Ford em 1903, a empresa está bem posicionada para se beneficiar dos planos do presidente Trump. Segundo o presidente Andrew Frick:

“Montamos mais veículos nos EUA e empregamos mais trabalhadores horistas de automóveis nos EUA do que qualquer outro. Queremos fazer mais, não menos, aqui nos EUA.”

A empresa lançou recentemente uma oferta de desconto por tempo limitado como parte da campanha ‘Da América, Para a América’ para atrair mais compradores enquanto outros fabricantes aumentam os preços para cobrir tarifas elevadas.

“Temos o estoque de varejo para fazer isso e muitas opções para clientes que precisam de um veículo,” disse a Ford em comunicado, citando “tempos incertos” e “complexidades de uma economia em mudança” como razões por trás da medida.

Agora, com capitalização de mercado de US$ 37,7 bilhões, as ações da Ford, ao momento da escrita, negociam a US$ 8,91, caindo apenas 4% neste ano até agora. Com isso, seu EPS (TTM) é 1,46, o índice P/L (TTM) é 6,51 e o ROE (TTM) é 13,42%. Também paga um atrativo rendimento de dividendos de 6,32%.

No 1T de 2025, a Ford reportou uma queda de 1,3% em suas vendas nos EUA para 501,291 unidades, impulsionada pela descontinuação de alguns modelos.

Isso ocorre depois que a Ford superou as expectativas para o quarto trimestre de 2024, embora o CEO Jim Farley tenha previsto um ano mais difícil pela frente para a empresa, mas melhorias foram prometidas em custos e qualidade.

Para este ano, a Ford espera que o lucro antes de juros e impostos ajustado (EBIT) fique entre US$ 7 bilhões e US$ 8,5 bilhões e o fluxo de caixa livre ajustado entre US$ 3,5 bilhões e US$ 4,5 bilhões, presumindo “ventos contrários relacionados a fatores de mercado.”

Para 2024, entretanto, a receita total da empresa foi de US$ 185 bilhões, o lucro líquido foi de US$ 5,9 bilhões, ou US$ 1,46 por ação, e o fluxo de caixa livre ajustado foi de US$ 6,7 bilhões.

A Ford também está avançando significativamente no mercado de EVs, com aproximadamente 97.865 veículos totalmente elétricos vendidos em 2024, um aumento de 35% ano a ano. Suas vendas de híbridos subiram 40% para 187.426 unidades. No 1T25, entretanto, suas vendas de EV atingiram um recorde de 73.623. Esse crescimento de 26% foi liderado pelos híbridos, com alta de 33%, e pelos veículos elétricos, com alta de 12%.

Conclusão

As baterias, componente crítico dos EVs, passaram por melhorias significativas. No entanto, a tecnologia de baterias ainda enfrenta vários desafios, como altos custos, escassez de suprimentos de materiais, autonomia limitada, tempos de carregamento longos, falta de infraestrutura, preocupações de segurança e reciclagem e gestão de resíduos adequadas. 

O estudo mais recente, com seu revestimento estabilizador e canais microscópicos, está ajudando a resolver o trade‑off entre autonomia e velocidade de carregamento, mesmo em temperaturas gélidas.

Ao melhorar significativamente as velocidades de carregamento, este estudo demonstra o potencial de remover um dos principais obstáculos na adoção de EVs: a ansiedade de autonomia e os longos tempos de carregamento no inverno. Isso pode ajudar a acelerar não apenas o uso de EVs, mas também a tendência mais ampla de eletrificação. Contudo, a implementação em larga escala do processo exigiria manter a relação custo‑benefício e a segurança.

No geral, à medida que a indústria avança rumo a baterias mais rápidas, eficientes e seguras, inovações como esta ajudarão a superar os últimos obstáculos para a eletrificação total, conduzindo a um futuro mais verde e limpo.

Clique aqui para uma lista das principais ações de EV.

Estudos Referenciados:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Possibilitando carregamento rápido de 6C de baterias de íon‑lítio em temperaturas abaixo de zero por meio de engenharia de interface e arquiteturas 3D. Joule, Publicado em online 17 de março de 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881

2. Chen, K.-H., Namkoong, M. J., Goel, V., Yang, C., Kazemiabnavi, S., Mortuza, S. M., Kazyak, E., Mazumder, J., Thornton, K., Sakamoto, J., & Dasgupta, N. P. (2020). Carregamento rápido eficiente de baterias de íon‑lítio possibilitado por arquiteturas de ânodo de grafite tridimensionais gravadas a laser. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475