As baterias de íon-lítio estão com defeito e precisam ser atualizadas

Acredite ou não, o smartphone que você tem na mão era mais poderoso do que a rede de computação da NASA, que foi usada para colocar humanos na superfície da lua em 1969, e com seu smartphone você pode fazer chamadas e enviar mensagens também como outros recursos incríveis, como jogos e reprodução de vídeos, imagens, transmissão e outros recursos que não podemos listar totalmente, mas todos os recursos que você obtém através de um smartphone podem desaparecer e o dispositivo se torna inútil se não tiver uma bateria poderosa e recarregável que pode durar muito tempo, mas a tecnologia utilizada ainda é defeituosa e precisa ser desenvolvida.

Baterias de íon-lítio

A primeira bateria recarregável de chumbo-ácido foi desenvolvida em 1859 por um físico Gaston PlantyE em 1980, desenvolva o mundo John Goodnav Bateria de cátodo de óxido de lítio e cobalto, que foi comercializada pela Sony e usada para baterias de telefones celulares em 1991, e por essa conquista, Godnav recebeu o Prêmio Nobel em outubro junto com seus colegas químicos M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino.

As baterias de íon de lítio funcionam combinando o cátodo de óxido de lítio (eletrodo positivo) com o ânodo (eletrodo negativo) e o eletrólito (separador) usado como condutor, quando a bateria é carregada e descarregada, os íons se movem entre os eletrodos e geram energia que a bateria pode então ser usada.

Apenas cinco empresas no Japão, China e Coreia do Sul produzem 62% das baterias de íon-lítio do mundo. A demanda cresceu dramaticamente desde 2015, quando a China começou a empurrar agressivamente a produção doméstica de veículos elétricos junto com o crescimento global contínuo nas vendas de smartphones, tablets e laptops .

Atualmente, a China fabrica 60% dos veículos elétricos do mundo e tenta garantir o controle do lítio, um mineral natural abundante encontrado na água salgada e produzido principalmente na América do Sul, especificamente na Bolívia, Chile e Argentina.

A empresa chinesa Tianqi Lithium pagou no ano passado US $ 4 bilhões por uma participação na mineradora chilena Sociedad Química y Minera, efetivamente dando a ela o controle de metade da produção global de lítio, e a indústria em que Tianqi se concentra é o mercado de baterias de íon-lítio , que deve crescer em tamanho. De US $ 33 bilhões em 2018 para mais de US $ 73 bilhões em 2024, de acordo com a empresa de pesquisa de mercado Global Market Insights.

Desvantagens das baterias de íon de lítio

O lítio (chamado ouro branco) é um elemento quimicamente ativo em comparação com outros elementos, e na América do Sul, que produz a maior parte do lítio no mundo, o ouro branco é extraído de superfícies de sal, mas o método usado consome bastante água em um das regiões mais áridas do mundo, quanto ao cobalto. Outro mineral necessário na produção de baterias, é quase exclusivamente encontrado na República Democrática do Congo, e é extraído através de práticas inseguras, incluindo o uso de crianças como mão de obra para extrair cobalto.

Além disso, as baterias de íon de lítio são atualmente muito caras para serem recicladas, o que significa que muitas vezes acabam em aterros sanitários, e os americanos descartam cerca de dois bilhões de baterias de íon de lítio todos os anos. No entanto, há projetos que começaram na Suécia e no Japão Recicle baterias de veículos elétricos que ainda podem reter 70% de sua carga, mesmo depois de muitos anos de uso.

Apesar do rápido aumento da demanda por elas, as baterias de íon de lítio têm outras desvantagens, como problemas de segurança e danos ambientais, porque o íon de lítio é um material inerentemente instável e isso significa que pode explodir quando danificado ou exposto a altas temperaturas. incêndios e explosões entre 195 e 2009, incluindo problemas notáveis ​​enfrentados pelo Samsung Galaxy Note 2017 em 7.

soluções alternativas

Alguns pesquisadores e tecnólogos estão tentando lidar com esses desafios e desvantagens das baterias de íon de lítio até agora, enquanto outros estão trabalhando no processo de evolução lenta para encontrar uma alternativa para o íon de lítio, já que amônia, magnésio e sódio estão sendo desenvolvidos agora e todos eles têm suas desvantagens, incluindo baixa retenção de energia e volatilidade do material.

“Existem duas tecnologias de baterias primárias que demonstram capacidades incríveis para a indústria de carros elétricos na próxima década”, disse Jarvis Toe, vice-presidente executivo de marketing e produtos da Enevate Corporation, uma empresa de baterias de íons de lítio com sede em Irvine, Califórnia. é uma substância ativa que pode armazenar lítio e tem uma alta condutividade elétrica.

Outro grande desenvolvimento é a redução ou eliminação do cobalto, que atualmente responde por 20% do custo dos materiais usados ​​em uma bateria de íon de lítio regular, e o preço do cobalto aumentou de $ 20 por tonelada métrica em 2016 para cerca de $ 80 hoje, portanto, remover o cobalto é a chave para reduzir o custo. Baterias de íon de lítio, que é o motivo pelo qual a Panasonic e a Tesla estão trabalhando para remover o cobalto de suas baterias.

"As tecnologias de cátodo com baixo teor de cobalto ou sem cobalto podem ajudar a continuar a reduzir o custo das baterias EV para obter EVs certificados e acessíveis mais rapidamente, já que os cátodos continuam a ser o componente mais caro dentro de uma célula de íon de lítio hoje, e as tecnologias de ânodo que Dominate the Silicon oferece recursos de carregamento muito rápidos, juntamente com altas densidades de energia e recursos de segurança. ”

As equipes de pesquisa exploraram com sucesso o uso de eletrodos de óxido de magnésio e cromo e nanofios de ouro para substituir o cobalto que os cátodos geralmente são feitos, além de baterias "recarregáveis" que podem reabastecer os eletrólitos. Uma futura estação de energia à beira da estrada poderia reabastecer seu veículo elétrico com um novo eletrólito quando necessário, o que elimina a preocupação com o alcance que atualmente é um grande problema para as baterias de íon-lítio.

Bill Ray, responsável pelo setor de semicondutores e eletrônicos da empresa de pesquisa de mercado Gartner, diz que a espuma de cobre pode substituir o íon de lítio em menos de cinco anos, e está perto da produção e com um ânodo maior, o que significa que pode ser muito carregado rapidamente. Claro que o que os consumidores querem. ”

Várias empresas, incluindo a Ford, estão desenvolvendo baterias de estado sólido que funcionam substituindo um separador de eletrólito líquido por um sólido, e uma série de materiais potenciais estão sendo pesquisados, incluindo novos materiais cristalinos, silício policristalino LTPS e o condutor superiônico de hidreto de lítio., E o eletrólito de cerâmica.

Tecnologias do futuro

O uso de sólidos pode resultar em uma bateria de maior capacidade e, ao mesmo tempo, reduzir o risco de incêndio ou explosão, embora esses materiais estejam longe da produção convencional. Os Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais e a Universidade de Genebra também criaram um novo protótipo de bateria conhecido como 'estado sólido'. Na totalidade, esta bateria tem o potencial de ser mais eficiente do que o íon de lítio, tem mais recursos e fornece altos níveis de segurança.

"Se você conseguir dominar o carregamento sem fio confiável em um metro, a tecnologia da bateria em si se tornará muito menos importante." “Embora existam primeiros testes em andamento com sistemas de bateria de estado sólido, a tecnologia de estado sólido atualmente tem desvantagens em termos de tecnologia e preço”, disse Sven Schulz, CEO da empresa alemã AKASOL para baterias de alto desempenho.

Ele espera que as baterias de estado sólido entrem no mercado até 2030, embora acredite que as baterias de íon-lítio continuarão a ser a melhor opção por pelo menos os próximos dez anos porque, embora o desenvolvimento da tecnologia de íon-lítio não seja um processo revolucionário, é melhorando passo a passo de 2% a 5%.% Anualmente. Aderir a esta tecnologia até o surgimento de uma nova tecnologia experimental é a coisa certa a fazer.

No longo prazo, alguns especialistas têm uma visão completamente diferente do futuro da energia da bateria. Ray diz que o carregamento por indução sem fio ou interno por meio de uma almofada em uma garagem, rua ou estacionamento da cidade é comum.

"No momento, o carregamento sem fio não é realmente melhor do que carregar com um cabo. Se você pode dominar o carregamento sem fio confiável em um metro, a própria tecnologia da bateria se torna muito menos importante. Seu dispositivo depende constantemente de carregamento."

Alguns na indústria de energia prevêem que o armazenamento doméstico de energia, como o Powerwall da Tesla, se tornará padrão, pois as unidades contêm baterias recarregáveis ​​de íon de lítio que podem armazenar 13.5 quilowatts-hora de eletricidade, o suficiente para abastecer uma casa de médio porte por um dia. a demanda cresce à medida que mais casas são equipadas com painéis solares e turbinas eólicas, e você precisa armazenar essa energia.

Finalmente, conforme nossa dependência de diferentes tipos de baterias aumenta, o incentivo comercial aumentará para explorar soluções novas, mais confiáveis ​​e eficazes, e para isso precisamos ganhar mais experiência em química, física, engenharia e ciência dos materiais a fim de nos unirmos e é crucial que tenhamos uma onda de colaboração massiva que enfrente os desafios Desenvolvimento de novas tecnologias de bateria.

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