Baterias de Sódio Estão em Ascensão, Mas o Lítio‑íon Pode Continuar Presente Devido ao Índio

O Renascimento do Lítio‑íon?

A recente descoberta de pesquisadores da Cornell University pode trazer a tecnologia de íons de lítio de volta à corrida por baterias perfeitas. Eles descobriram que o uso de um material de ânodo de índio permitiria um carregamento extremamente rápido de baterias de íons de lítio.

As baterias de íons de lítio, até agora, dominaram o design de baterias para eletrônicos pequenos e modelos iniciais de veículos elétricos. No entanto, algumas limitações da tecnologia fizeram a indústria buscar alternativas, incluindo baterias de sódio ou baterias de estado sólido. Usando Índio, um problema chave para a adoção em massa de VEs – ansiedade de alcance – seria eliminado. A maioria dos usuários de VEs se preocupa em ficar sem bateria antes de chegar a um ponto de carregamento. Portanto, eles tendem a procurar um pacote de bateria muito potente, o que adiciona peso e custo ao carro.

Outro problema é o tempo que leva para carregar a bateria. Isso pode ser uma preocupação séria para viagens de longa distância ou aplicações comerciais. Também reduz a disponibilidade de estações de carregamento, já que cada “tanque cheio” leva tempo e mantém o carregador de VE indisponível.

Portanto, uma tecnologia de bateria de íons de lítio com carregamento mais rápido poderia ajudar a reduzir o custo dos VEs, aliviar a ansiedade de alcance e melhorar as capacidades da rede de carregamento.

Baterias de Índio ao Resgate?

A pesquisa foi conduzida pela equipe de Lynden A. Archer na Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering da Cornell, com o autor principal Shuo Jin, estudante de doutorado em engenharia química e biomolecular.

Em sua publicação “Carregamento rápido, armazenamento de longa duração em baterias de lítio” eles explicam sua abordagem. Eles se concentraram na cinética (velocidade) das reações eletroquímicas, especificamente o “número de Damköhler”. Ao analisar as taxas de transporte em estado sólido, descobriram que o índio era um excelente candidato para baterias de carregamento rápido. Atualmente, o índio é usado principalmente em telas LCD e outras aplicações de alta tecnologia, como fotovoltaica, criogenia e hastes de controle de reatores nucleares.

O índio é um bom metal para uso em ânodos devido à sua rápida difusão e à lenta cinética de reação de superfície, o que se traduz em carregamento rápido para a bateria.

Índio um Primeiro Passo Rumo a Baterias Projetadas por IA?

Ânodos de índio poderiam reduzir a ansiedade de alcance, o que, por sua vez, diminuiria a necessidade de pacotes de bateria muito grandes e pesados. Contudo, o próprio índio é um metal muito pesado e denso.

É por isso que o Prof. Archer também considera a descoberta de sua equipe sobre o índio como um ponto de partida.

“Ali reside uma oportunidade para modelagem de química computacional, talvez usando ferramentas de IA generativa, para descobrir quais outras químicas de materiais leves poderiam alcançar os mesmos números de Damköhler intrinsecamente baixos.”

Por exemplo, existem ligas metálicas que nunca estudamos, que possuam as características desejadas?”

Aproveitar os avanços da IA para encontrar novos materiais de bateria é uma ideia realista, como demonstrado pelos pesquisadores da PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Em nosso artigo “Alterando o Cronograma das Descobertas por Meio do Uso de Inteligência Artificial (IA)”, discutimos como eles usaram várias IAs de química preditiva para filtrar 32 milhões de ideias em menos de 80 horas, levando à descoberta de um novo eletrólito de bateria.

Portanto, talvez a mesma técnica possa ser usada, focando no número de Damköhler para encontrar materiais que desempenhem tão bem quanto o índio, mas menos pesados.

Estoques do Ciclo de Vida das Baterias

1. Arcadium Lithium (Fusão da Allkem + Livent)

Arcadium é o resultado da fusão de iguais entre os líderes de mineração de lítio Allkem e Livent, tornando-a a terceira maior produtora de lítio do mundo. A fusão cria uma empresa presente em todas as etapas da produção e processamento de lítio.

A produção da empresa está principalmente localizada na Argentina, no triângulo do lítio (Chile, Argentina, Bolívia) na forma de salmouras, com algum lítio de rocha dura no Canadá e na Austrália.

Fonte: Arcadium

O lítio é uma commodity que recentemente sofreu com preços baixos, já que grandes montadoras como Ford ou GM reduziram seus planos para VEs. Ao mesmo tempo, montadoras chinesas de VEs como a BYD são acusadas de inundar mercados estrangeiros com VEs de baixo custo, o que poderia desencadear uma nova onda de adoção de VEs nos próximos anos. Por exemplo, o BYD Seagull de €10.000 chegando à Europa este ano.

Portanto, a atual fraqueza de preço do lítio pode não ser permanente.

2. CATL

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

Isso é verdade para baterias de íons de lítio, onde a empresa é líder estabelecida há muito tempo. A CATL também anunciou progressos impressionantes em vários outros tipos de baterias :

• Uma bateria de 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 LFP (Fosfato de Ferro e Lítio) de 700 km carregando 400 km de autonomia em 10 minutos.
• 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

A CATL também investiu €3,25 bi em capacidades de reciclagem de baterias na China. A CATL 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 VEs, incluindo Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc.

3. BYD

Um desafiante de longa data da Tesla no mercado de VEs, a BYD se tornou uma concorrente séria não apenas para a Tesla, mas para praticamente todas as montadoras.

A empresa evoluiu de sua origem como fornecedora de baterias para telefones para vender quase tantas VEs quanto a Tesla na China (o maior mercado de VEs do mundo) e ser a VE mais vendida em Tailândia, Suécia, Austrália, Nova Zelândia, Cingapura, Israel e Brasil.

A BYD é uma grande parte do motivo pelo qual a China de repente se tornou a maior exportadora de carros do mundo em 2023, superando o Japão. A expansão agressiva da empresa no exterior também é impulsionada por novas fábricas, como na Hungria. E com o lançamento de carros de US$ 10.000‑12.000 como o Seagul, um novo mercado pode abrir para os VEs da BYD.

Fonte: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Ainda em sua essência, fabricante de baterias, a BYD é um sério concorrente da CATL no mercado de baterias LFP, com 41,1 % de participação de mercado na China (comparado aos 33,9 % da CATL).

A “inundação” de VEs baratos produzidos pela BYD nos mercados europeu e americano provavelmente será recebida com algum nível de protecionismo, o que pode dificultar o crescimento da BYD. Mas, ao mesmo tempo, os VEs chineses baratos já são um grande sucesso no resto do mundo, que não tem incumbentes de montadoras domésticas para proteger, incluindo toda a América do Sul, Rússia, África, Oriente Médio e Sudeste Asiático.

Isso representa vários bilhões de clientes potenciais para a BYD, vivendo em países ansiosos por alcançar um equilíbrio geopolítico e manter boas relações tanto com o Ocidente quanto com a China, portanto é improvável que criem barreiras protecionistas muito fortes.