Inovações de mercado: baterias de estado sólido

O boom dos veículos elétricos a bateria (BEV) é o resultado de ideais promovidos por governos, regulamentações e ética empresarial. Até agora não há ninguém BEV capaz de atender às necessidades do consumidor da mesma forma que um veículo com motor de combustão interna (ICE), e com base nos roteiros anunciados pelas montadoras, não há sinais de que surgirá até 2030.

Características

Não é uma tarefa fácil desenvolver um BEV que, tal como os actuais veículos ICE, podem ser reabastecidos em três minutos, têm uma autonomia de 1.000 km com o depósito cheio, beneficiam de infra-estruturas suficientes e podem ser facilmente operados durante pelo menos 10 anos. No entanto, o surgimento de baterias totalmente em estado sólido pode interromper a situação atual e acelerar muito a adoção de mercado de BEV.

Quando as baterias de íon-lítio, amplamente utilizadas em smartphones e outros dispositivos eletrônicos miniaturizados, são usadas em aplicações automotivas, elas exigem muito mais segurança e vida útil da bateria.

Ao mesmo tempo, há um compromisso entre melhorias no alcance, que requerem essencialmente um aumento na densidade de energia, e segurança/durabilidade. Essa compensação é a principal razão pela qual o desempenho das atuais baterias de íon-lítio é visto como uma barreira possivelmente intransponível para o aumento da aceitação do mercado de veículos elétricos.

As baterias de estado sólido têm o potencial de superar esses problemas. As baterias de estado sólido têm uma longa história. Eletrólitos sólidos foram desenvolvidos na década de 70, mas a condutividade iônica insuficiente limitou sua aplicação. No entanto, eletrólitos sólidos com condutividade iônica semelhante ou superior aos eletrólitos líquidos foram descobertos recentemente, acelerando os esforços de pesquisa e desenvolvimento.

Os fabricantes de automóveis

No Salão Automóvel de Tóquio de 2017, a Toyota anunciou uma meta para a comercialização de BEV totalmente em estado sólido na primeira metade da década de 20. Embora a primeira geração de BEV que usará baterias totalmente de estado sólido que deverá ser lançado pela Toyota terá apenas um volume de produção limitado, o anúncio da empresa sem dúvida estimulará mais esforços de muitas empresas, pesquisadores e entidades governamentais no desenvolvimento de todas as baterias de estado sólido .

Volkswagen, Hyundai Motor e Nissan Motor anunciaram investimentos em empresas iniciantes, então acreditamos que este é um tópico que provavelmente se beneficiará de uma atenção muito maior.

Potencial das baterias de estado sólido

As baterias de íon-lítio atuais consistem no cátodo, uma solução eletrolítica, um separador e um ânodo. A diferença em uma bateria de estado sólido é que o eletrólito é sólido. Na verdade, todos os componentes e materiais são sólidos, daí a terminologia “estado sólido”.

As propriedades das baterias de estado sólido dependem dos materiais utilizados, mas a pesquisa até o momento revela um claro potencial em termos de segurança, resistência a vazamentos, resistência à queima (estrutura de resfriamento simplificada), miniaturização, flexibilidade de design em termos de formação contato direto de a camada de célula, ciclo de vida de descarga relativamente longo, sem degradação devido a boas propriedades de alta/baixa temperatura, tempos de carga curtos, alta densidade de energia e alta densidade de potência.

No passado, a baixa densidade de energia era vista como um ponto fraco das baterias de estado sólido, mas o Instituto de Tecnologia de Tóquio e a equipe de pesquisa da Toyota desenvolveram em conjunto uma bateria de estado sólido com três vezes a densidade de energia e o dobro da densidade de energia das existentes baterias de íons de lítio. Acreditamos que todas as baterias de estado sólido têm potencial para superar as desvantagens dos veículos elétricos.

Impacto da penetração no mercado de baterias de estado sólido

Os principais impactos das baterias de estado sólido na indústria automotiva incluem uma aceleração na aceitação do mercado de BEV e mudanças na cadeia de fornecimento de baterias BEV. Seis BEV substituiria os veículos ICE, não haveria necessidade de motores, transmissões e peças relacionadas, mas haveria uma nova necessidade de baterias, inversores, motores e peças relacionadas a esses sistemas.

Para montadoras de automóveis convencionais, que produzem motores e sistemas de transmissão internamente, garantir que eles tenham a capacidade de desenvolver baterias totalmente em estado sólido internamente é uma importante fonte de valor agregado. Para os fornecedores, será importante revisar tecnologias elementares para desenvolver novos componentes.

Se houver um aumento na adoção pelo mercado de BEVAs regras nacionais que regem coisas como impostos, política energética e recursos também devem mudar.

Uma mudança de baterias de íon-lítio de estado líquido para estado sólido também significaria uma mudança de eletrólitos líquidos para sólidos e uma diminuição na necessidade de separadores, e haveria potencial para o uso de novos materiais para cátodos e ânodos.

Os materiais usados ​​nas baterias de estado sólido que a Toyota lançará no primeiro semestre de 2020 provavelmente serão semelhantes aos usados ​​atualmente e, à medida que os volumes de produção forem reduzidos, o impacto na atual cadeia de suprimentos também deverá ser pequeno. No entanto, se observarmos um progresso significativo nos esforços de P&D, as baterias de estado sólido disponíveis na segunda metade dos anos 2020 e 2030 provavelmente serão perturbadoras.

Barreiras à aceitação do mercado de baterias de estado sólido

Tem-se falado de um preconceito em relação a mim BEV, mas o consenso atual do mercado é que estamos agora numa era de “diversificação do trem de força”, e não na maioridade dos BEV Como tal. No entanto, acreditamos que, se os esforços para desenvolver a produção em massa de baterias totalmente em estado sólido forem bem-sucedidos, a era da BEV pode estar perto.

Mesmo assim, uma série de problemas precisaria ser superada. A pesquisa e o desenvolvimento voltados para a produção em massa de todas as baterias de estado sólido acabaram de começar, e até que ponto os custos de produção diminuirão ainda não está claro. Em teoria, deve haver um potencial significativo de redução de custos devido à simplificação das baterias e ao uso de materiais de eletrodos de baixo custo.

Por outro lado, se houver progresso maior do que o esperado na melhoria do desempenho das baterias de íon-lítio e maiores reduções de custos, a transição para baterias totalmente em estado sólido poderá ser adiada.

Futuro

Há também o risco de que o interesse em i BEV podem desaparecer devido aos desenvolvimentos em veículos elétricos híbridos (HEV) e veículos ICE padrão, o debate do poço às rodas e a popularidade renovada dos veículos a diesel, o que pode significar o enfraquecimento dos esforços de desenvolvimento para todas as baterias de estado sólido.

Do ponto de vista da autonomia e do tempo necessário para reabastecer com hidrogênio, os veículos com célula de combustível são outro concorrente em potencial. Embora as questões de infraestrutura sejam um problema, há um potencial considerável em termos de substituição de combustíveis fósseis e transporte de energia.

A Pesquisa Global Automotiva Executiva de 2018 da KPMG classificou os veículos com célula de combustível como a principal tendência até 2025 e BEV classificada em 3º lugar de acordo com executivos automotivos globais. Em 2017, a mesma pesquisa virou o jogo, com i BEV em primeiro lugar e os veículos a célula de combustível em terceiro lugar.

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