As baterias de estado sólido (BES) têm tido uma importância estratégica em diversos países e regiões. Por exemplo, a Alemanha atribuiu mil milhões de euros para apoiar um consórcio com o objectivo de produzir células de bateria para veículos eléctricos e planeia financiar um centro de investigação para desenvolver baterias de estado sólido da próxima geração. No Reino Unido, um projeto colaborativo de 30 meses, o "PowerDrive Line", está a desenvolver uma bateria de estado sólido à base de lítio para veículos elétricos (VEs) e veículos elétricos híbridos plug-in (VEHPs) e a estabelecer uma linha piloto para esta tecnologia de células de BES. O governo japonês criou o Consórcio para a Tecnologia e Centro de Avaliação de Baterias de Ião-Lítio (Libtec) para impulsionar a investigação em baterias de estado sólido. Na Coreia do Sul, os três maiores fabricantes de baterias — SK Innovation, LG Chem e Samsung SDI — estão a promover a investigação conjunta na área das baterias da próxima geração, incluindo as baterias de estado sólido. As empresas de BES dos EUA têm atraído investimento de fornecedores globais de baterias, fabricantes de automóveis e empresas de capital de risco, com progressos contínuos.
Ao substituir o eletrólito líquido orgânico inflamável por um eletrólito de estado sólido (SSE), as baterias de estado sólido (SSBs) oferecem maior segurança e tolerância a abusos. Além disso, o SSE pode ser combinado com um ânodo de lítio metálico e um cátodo de alta tensão, o que pode aumentar a densidade de energia. As características especiais das SSB permitem que sejam ligadas em série e em paralelo dentro de uma célula, resultando em designs de encapsulamento flexíveis. Ademais, o design inovador do encapsulamento possibilita uma maior eficiência de montagem, contribuindo ainda mais para o aumento da densidade energética e para a redução dos custos do sistema.
Estas propostas de valor únicas atraíram o interesse de investigadores académicos, desenvolvedores de baterias, fabricantes de equipamento original para automóveis, investidores e fornecedores de materiais e componentes para a ULS. Além disso, o fabrico convencional de baterias de iões de lítio tem sido tradicionalmente dominado pelos países do Leste Asiático, com contribuições notáveis do Japão, da China e da Coreia do Sul. No entanto, está em curso uma mudança significativa, com os Estados Unidos e diversas nações europeias a competirem agora, redirecionando a criação de valor do Leste Asiático para uma estratégia que prioriza o estabelecimento de fábricas de baterias mais próximas dos mercados consumidores.
Este cenário em constante evolução é marcado pela exploração de novos materiais e componentes, e pela reavaliação dos processos de fabrico. Tudo isto oferece a possibilidade de reorganizar a cadeia de fornecimento de baterias. Tanto do ponto de vista tecnológico como comercial, o desenvolvimento das baterias de utilização única (SSBs) emergiu como parte da estratégia de baterias da próxima geração. Tornou-se um empreendimento global caracterizado por interesses regionais e por um significativo apoio governamental. As oportunidades surgirão com novos materiais, componentes, sistemas, métodos de fabrico e conhecimento técnico.
Principais empresas globais no mercado de baterias de estado sólido. Fonte: IDTechEx
Marketing de bebidas açucaradas
As baterias de estado sólido (SSBs) baseadas em polímeros já estão disponíveis no mercado, como no caso do Daimler eCitaro. As SSB semi-híbridas/semi-híbridas estão em fase de testes, estando em curso ensaios de amostras para fabricantes de equipamento original (OEM). Entretanto, as baterias de estado sólido cerâmicas (ASSBs) ainda estão em desenvolvimento. A maioria das ASSBs disponíveis comercialmente, e as que serão lançadas em breve, são baterias semi-sólidas híbridas, o que significa que podem conter pequenas quantidades de líquido ou gel. Em rigor, nem todas são verdadeiras baterias de estado sólido (ASSBs). Na perspetiva do utilizador final, a tecnologia específica utilizada é irrelevante, desde que as baterias ofereçam o desempenho necessário. Assim sendo, as tecnologias semi-sólidas podem servir como uma boa transição entre a tecnologia de SSB baseada em polímeros, já disponível comercialmente, e a futura tecnologia de SSB baseada em sulfuretos. À medida que estas tecnologias amadurecerem, poderemos fazer a transição para as SSB sem problemas.
Guião de desenvolvimento da tecnologia de baterias SSB. Fonte: IDTechEx
Sendo o maior mercado potencial, a indústria automóvel é o alvo de quase todos os fornecedores de baterias de estado sólido. Entretanto, as aplicações especializadas que exigem uma maior tolerância a abusos e são menos sensíveis ao preço podem ser as áreas mais promissoras para as baterias de estado sólido.
Tamanho potencial do mercado de baterias de estado sólido. Fonte: IDTechEx
Novos esforços para comercializar baterias de estado sólido.
O anúncio da Toyota reforçou a importância do desenvolvimento contínuo de materiais. Assim, é necessário continuar a explorar materiais, otimizar dispositivos e estudar os mecanismos de degradação das baterias. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento deve também concentrar-se na validação de células e no design de sistemas. Exemplos incluem sistemas de células e baterias (CTPs), sistemas de gestão térmica e projetos mecânicos.
O conceito CTP (Combined Power Transport) não é novo e pode ser encontrado em projetos baseados em baterias de iões de lítio, como a bateria Blade da BYD e os projetos CTP da CATL. O conceito CTP ganhará ainda mais importância devido ao aumento da segurança e das capacidades de empilhamento bipolar das células SSB (Bateria de Direção Única). Esta maior segurança da bateria traduz-se em projetos de baterias mais flexíveis e num menor número de componentes eletrónicos utilizados nos módulos/baterias. Por exemplo, o design bipolar permite um empilhamento mais compacto e uma maior densidade de energia, resultando numa densidade de energia potencialmente mais elevada e em custos comparáveis ao nível do sistema.
O sistema de gestão térmica não pode ser eliminado no caso das baterias de estado sólido, mas pode operar de forma a atingir diferentes zonas de operação seguras. Assim sendo, a temperatura ideal exigida para as baterias de estado sólido pode diferir da exigida para as baterias de iões de lítio.
Além disso, é necessário investir mais na utilização dos equipamentos, no espaço físico da fábrica, no estabelecimento da cadeia de abastecimento e na melhoria do desempenho da produção.
Autora: Dra. Xiaoxi He, Diretora de Investigação da IDTechEx
