No entanto, procuram-se melhorias no desempenho e no custo das baterias e, embora o progresso possa ser cada vez mais gradual, existem diversas vias para a melhoria contínua da tecnologia das baterias de iões de lítio.

Baterias:
No curto prazo, as tendências atuais em células de baterias para veículos elétricos provavelmente continuarão. Por exemplo, o teor médio de níquel nas composições químicas NMC e NCA continua a aumentar para elevar a densidade de energia e reduzir o teor de cobalto. Sem dúvida, a maior tendência é a mudança geral para o LFP, uma opção mais barata e segura do que o NMC e o NCA (embora não seja inerentemente segura). Embora a densidade energética do LFP possa ser 30-40% inferior à do NMC ou do NCA, as suas vantagens de menor custo tornaram-se incontornáveis ​​nos últimos anos. Consequentemente, a percentagem de LFP nos automóveis eléctricos cresceu, embora se deva notar que a maior parte deste crescimento se deve à readopção na China. O NMC e o NCA continuam a ser a escolha preferida na Europa e na América do Norte, embora o LFP tenha começado a entrar no mercado. As composições químicas NMC também continuam a ser a escolha preferida para sistemas completos noutros segmentos de veículos. No entanto, a pressão dos custos e a disponibilidade de materiais, juntamente com as melhorias tecnológicas, sugerem que o LFP irá aumentar a sua quota de mercado dos veículos eléctricos.

Avanços ainda mais transformadores estão no horizonte. O desenvolvimento de baterias de estado sólido continua a ser anunciado e já está a ser comercializado, por exemplo, através das baterias de polímero de estado sólido da Blue Solutions. Espera-se que a utilização de material de ânodo de silício aumente com o desenvolvimento de soluções de ânodo de silício mais avançadas e de produtos comercialmente prontos, que prometem melhorias na densidade de energia e carregamento rápido. Novas composições químicas do cátodo também estão a ser exploradas. Por exemplo, o fosfato de ferro-manganês-lítio (LMFP) oferece uma alternativa interessante com o potencial de fornecer muitas das vantagens do LFP, aumentando a densidade de energia para se aproximar da das baterias NMC, embora a sua implantação comercial ainda seja limitada.

Quota de mercado global de cátodos em veículos elétricos a bateria. Fonte: IDTechEx.

Design de baterias:
Tendo em conta a crescente adoção de baterias de iões de lítio (LFP) em veículos elétricos, o design de células individuais (CTP) está a ganhar importância. Estes designs oferecem uma maior eficiência de empacotamento, aumentando a densidade de energia e ajudando a reduzir uma das principais desvantagens da utilização de LFP em comparação com as baterias de NMC ou NCA. A CATL e a BYD implementaram designs CTP, assim como a Tesla, a Stellantis e outros fabricantes. Para melhorar a densidade de energia gravimétrica, estão a ser promovidos invólucros de polímero leves como uma alternativa aos invólucros de aço e alumínio.

Outras empresas como a CATL, a NIO e a Our Next Energy estão a explorar designs de dupla química. A Our Next Energy apresenta o exemplo mais extremo, com planos para combinar uma química de alta densidade energética, mas de ciclo curto, numa bateria de iões de lítio de longa duração (LFP). Em última análise, as combinações de diferentes químicos de iões de lítio, ou mesmo a combinação de iões de lítio com iões de sódio, podem ajudar a otimizar as inevitáveis ​​compensações entre potência, densidade energética, vida útil e desempenho a baixas temperaturas.

Gestão Térmica:
A gestão térmica e a proteção contra incêndios tornaram-se aspetos críticos para as baterias de veículos elétricos em função de questões de segurança, incêndios de grande impacto e recalls de baterias. Enquanto os primeiros modelos de veículos elétricos utilizavam arrefecimento passivo a ar, o arrefecimento líquido ganhou destaque em vários segmentos de veículos nos últimos anos. De acordo com os dados da IDTechEx, os projetos com arrefecimento líquido ativo representaram 90% do mercado de automóveis elétricos, um aumento significativo em relação aos pouco mais de 50% em 2015. Esta tendência não se limita aos automóveis elétricos. A maioria das baterias prontas a utilizar em veículos comerciais também é oferecida com refrigeração líquida. À medida que a tecnologia celular avança, os desenvolvimentos em áreas como a gestão térmica tornam-se cada vez mais importantes, não só para manter o funcionamento seguro, mas também para maximizar o desempenho disponível das baterias de iões de lítio.

Sistemas de Gestão de Baterias:
O sistema de gestão de baterias (BMS) desempenha um papel fundamental na operação segura e fiável de qualquer bateria de iões de lítio. Embora a função principal de um BMS esteja relativamente bem definida, também oferece uma forma de melhorar o desempenho das baterias de iões de lítio. A segurança, a vida útil, o carregamento rápido e até a densidade de energia podem ser melhorados através do desenvolvimento de BMS e, mais importante, com o mínimo de concessões.

O desenvolvimento e a aplicação de estimativas mais precisas do estado da bateria e das células (por exemplo, estado de carga, estado de saúde ou estado de potência) são cruciais para melhorar o desempenho, uma vez que permitem extrair o máximo desempenho da bateria em segurança. Além dos avanços no software e nos algoritmos de BMS, também estão a ser comercializadas soluções de BMS sem fios. A implementação de soluções sem fios elimina grande parte da cablagem, o que ajuda a reduzir o peso e a eliminar possíveis falhas. Embora a implementação seja relativamente lenta, com o anúncio inicial do BMS sem fios da GM em 2020, os fabricantes de semicondutores de BMS já oferecem soluções para projetos de BMS sem fios.

O novo relatório da IDTechEx, "Baterias de iões de lítio e sistemas de gestão de baterias para veículos elétricos 2024-2034", oferece uma análise das principais inovações, avanços e tendências em baterias de iões de lítio e sistemas de gestão de baterias (BMS) para veículos elétricos, incluindo uma análise de dados de desempenho. O relatório fornece uma visão geral de alguns dos principais fatores, desafios e opções de tecnologia de baterias para diversos segmentos de veículos elétricos.

Autor: Dr. Alex Holland, Analista Principal da IDTechEx