Para os principais intervenientes na cadeia de fornecimento de veículos eléctricos, existem diversas formas de apoiar os projectistas de baterias de VE nestes desafios e de diferenciar as suas ofertas. O relatório da IDTechEx, “Materiais para Células e Conjuntos de Baterias para VE 2025-2035: Tecnologias, Mercados, Previsões”, conclui que a procura de materiais relacionados com conjuntos de baterias em 2035 será três vezes superior à de 2024, refletindo uma mudança de prioridades.
Este artigo discute os objetivos primários e secundários dos designers de baterias para veículos elétricos e algumas das formas como os fornecedores de materiais os podem apoiar.
Apesar das melhorias na densidade energética, prevê-se um enorme crescimento dos preços dos materiais utilizados nas células e baterias.
Fonte: IDTechEx - "Materiais para células e baterias para veículos elétricos 2025-2035: Tecnologias, mercados, previsões"
Principais prioridades: custo, autonomia e segurança
Embora cada fabricante de equipamento original (OEM) seja diferente e tenha as suas próprias prioridades, os principais objetivos da maioria serão reduzir os custos, simplificar o fabrico, melhorar a segurança das baterias e aumentar a densidade energética/autonomia dos veículos.
As células e a escolha da composição química do cátodo serão os fatores que mais impactarão os custos, mas os designers de baterias procuram eliminar o máximo possível de outros materiais do conjunto de baterias. Isto levou a projetos de baterias modernas que utilizam menos 50% de material em redor das células do que os projetos implementados em 2015 e 2016 (de acordo com a investigação da IDTechEx). Isto deve-se a inovações como a integração célula-a-pacote e célula-a-corpo/célula-a-chassis, mas mesmo em projetos modulares, a utilização de materiais diminuiu.
Com a redução da intensidade de materiais por veículo, o desafio para os fornecedores de materiais é oferecer os materiais certos. Isto significa, geralmente, materiais que ofereçam múltiplas funções a um preço competitivo. Um único material pode ser mais caro, mas isso pode ser uma vantagem significativa se for mais barato do que os dois ou três materiais que substitui.
Um exemplo fundamental são os materiais de interface térmica (TIMs). Em projetos de integração célula-pacote, os TIM estão a evoluir de linhas de ligação mais espessas e preenchimentos de lacunas mais pesados para adesivos termicamente condutores mais finos e leves, que também proporcionam estrutura e condutividade térmica.
Outro exemplo são os canais de arrefecimento de polímero para gestão térmica, onde as camadas de TIM e os canais de arrefecimento metálicos podem ser substituídos por um canal de polímero expansível que se adapta às células e elimina a necessidade de um TIM em aplicações de células com arrefecimento interno pela parede.
A segurança é também fundamental e começa ao nível celular. No entanto, com a evolução das regulamentações, há uma necessidade crescente de materiais específicos para prevenir ou retardar a propagação do transbordo térmico. Estes materiais apresentam-se sob diversas formas e podem ter funções variadas, desde aerogéis que proporcionam um excelente isolamento térmico até polímeros intumescentes que oferecem proteção contra incêndios e podem ser utilizados no fabrico de componentes estruturais. Muitos destes materiais de proteção contra incêndios podem ser dispendiosos, pelo que a sua multifuncionalidade e capacidade de substituir diversos outros materiais representam uma vantagem significativa.
Prioridades secundárias: ciclo de vida, fornecimento e sustentabilidade
Para além das prioridades descritas acima, a IDTechEx acredita que existem outras áreas em que os fornecedores se podem diferenciar, desde que as metas de desempenho e de custos sejam atingidas. Estas áreas incluem a sustentabilidade, a pegada de carbono,o fornecimento de materiais e a desmontagem no final da vida útil. Alguns fabricantes de automóveis estão a dar mais prioridade a estas áreas do que a outras, mas, à medida que o mercado dos veículos elétricos continua a crescer, estes fatores serão cruciais para garantir que os veículos elétricos são o mais ecológicos possível.
Como parte das normas da UE, todas as baterias necessitarão de um passaporte que inclua informações sobre a sua pegada de carbono . Embora os materiais das células contribuam mais para as emissões de carbono do que os materiais das embalagens, isto não significa que estes devam ser ignorados. Para além das próprias matérias-primas, produzi-las mais localmente pode beneficiar os fabricantes de equipamento original (OEM) em termos de impacto do CO2 e de uma cadeia de abastecimento mais segura .
Diversos estudos têm demonstrado que as baterias dos veículos elétricos vão durar mais tempo do que muitos previam; no entanto, chegará o momento em que a bateria deixará de ser viável para utilização num veículo elétrico. Nesta altura, a bateria poderá ser reciclada ou reutilizada numa aplicação de segunda vida (como o armazenamento estacionário). Em ambos os casos, é importante que a bateria possa ser desmontada para reutilizar as células num novo conjunto para uma segunda aplicação, ou para melhorar a taxa de recuperação de materiais críticos durante a reciclagem.
Muitos projetos modernos de baterias, do tipo cell-a-pack, são muito difíceis de desmontar de forma economicamente viável; isto leva a um aumento dos custos de tempo e mão-de-obra para as empresas que lidam com baterias em fim de vida. Por este motivo, os fornecedores de materiais começam a oferecer mais opções que podem auxiliar neste processo. Por exemplo, adesivos que podem ser removidos através de temperatura, solventes, corrente elétrica ou ultrassons. Estes adesivos não são amplamente utilizados devido aos custos elevados e à falta de infraestruturas relacionadas com a gestão do fim de vida das baterias, mas estão a tornar-se mais um método de diferenciação, embora ainda não ultrapassados em relação às principais preocupações.
