O mundo precisa de mais energia, de preferência de forma limpa e renovável.Nossas estratégias de armazenamento de energia são atualmente moldadas por baterias de íons de lítio – na vanguarda dessa tecnologia – mas o que podemos esperar nos próximos anos?
Vamos começar com algumas noções básicas de bateria.Uma bateria é um conjunto de uma ou mais células, cada uma com um eletrodo positivo (o cátodo), um eletrodo negativo (o ânodo), um separador e um eletrólito.O uso de diferentes produtos químicos e materiais para isso afeta as propriedades da bateria – quanta energia ela pode armazenar e produzir, quanta energia pode fornecer ou o número de vezes que pode ser descarregada e recarregada (também chamada de capacidade de ciclagem).
As empresas de baterias estão constantemente experimentando para encontrar produtos químicos mais baratos, mais densos, mais leves e mais poderosos.Conversamos com Patrick Bernard – Diretor de Pesquisa da Saft, que explicou três novas tecnologias de bateria com potencial transformador.
BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO DE NOVA GERAÇÃO
O que é isso?
Nas baterias de íon de lítio (íon de lítio), o armazenamento e a liberação de energia são fornecidos pelo movimento dos íons de lítio do eletrodo positivo para o negativo para frente e para trás através do eletrólito.Nesta tecnologia, o eletrodo positivo atua como fonte inicial de lítio e o eletrodo negativo como hospedeiro para o lítio.Diversas químicas são reunidas sob o nome de baterias de íon-lítio, como resultado de décadas de seleção e otimização próxima da perfeição de materiais ativos positivos e negativos.Os óxidos metálicos litiados ou fosfatos são os materiais mais comuns usados como materiais positivos presentes.Grafite, mas também grafite/silício ou óxidos de titânio litiado são usados como materiais negativos.
Com materiais reais e designs de células, espera-se que a tecnologia de íons de lítio atinja um limite de energia nos próximos anos.No entanto, descobertas muito recentes de novas famílias de materiais ativos disruptivos devem liberar os limites atuais.Esses compostos inovadores podem armazenar mais lítio em eletrodos positivos e negativos e permitirão pela primeira vez combinar energia e potência.Além disso, com esses novos compostos, a escassez e a criticidade das matérias-primas também são levadas em consideração.
Quais são suas vantagens?
Hoje, entre todas as tecnologias de armazenamento de última geração, a tecnologia de bateria de íon de lítio permite o mais alto nível de densidade de energia.Desempenhos como carga rápida ou janela de operação de temperatura (-50°C até 125°C) podem ser ajustados pela grande variedade de design de células e químicas.Além disso, as baterias de íons de lítio apresentam vantagens adicionais, como autodescarga muito baixa e vida útil muito longa e desempenho de ciclagem, normalmente milhares de ciclos de carga/descarga.
Quando podemos esperar?
Espera-se que a nova geração de baterias de íons de lítio avançadas seja implantada antes da primeira geração de baterias de estado sólido.Eles serão ideais para uso em aplicações como sistemas de armazenamento de energia pararenováveise transporte (marinho, ferrovias,aviaçãoe mobilidade fora de estrada) onde alta energia, alta potência e segurança são obrigatórias.
BATERIAS DE LÍTIO-Enxofre
O que é isso?
Nas baterias de íons de lítio, os íons de lítio são armazenados em materiais ativos que atuam como estruturas hospedeiras estáveis durante a carga e a descarga.Nas baterias de lítio-enxofre (Li-S), não há estruturas hospedeiras.Durante a descarga, o ânodo de lítio é consumido e o enxofre é transformado em uma variedade de compostos químicos;durante o carregamento, ocorre o processo inverso.
Quais são suas vantagens?
Uma bateria Li-S usa materiais ativos muito leves: enxofre no eletrodo positivo e lítio metálico como eletrodo negativo.É por isso que sua densidade de energia teórica é extraordinariamente alta: quatro vezes maior que a do íon-lítio.Isso o torna um bom ajuste para as indústrias de aviação e espacial.
A Saft selecionou e favoreceu a tecnologia Li-S mais promissora baseada em eletrólito de estado sólido.Este caminho técnico traz densidade de energia muito alta, longa vida útil e supera as principais desvantagens do Li-S de base líquida (vida limitada, alta autodescarga, …).
Além disso, esta tecnologia é complementar ao íon-lítio em estado sólido graças à sua densidade de energia gravimétrica superior (+30% em jogo em Wh/kg).
Quando podemos esperar?
As principais barreiras tecnológicas já foram superadas e o nível de maturidade está progredindo muito rapidamente para protótipos em escala real.
Para aplicações que exigem bateria de longa duração, espera-se que essa tecnologia chegue ao mercado logo após o íon-lítio em estado sólido.
BATERIAS DE ESTADO SÓLIDO
O que é isso?
As baterias de estado sólido representam uma mudança de paradigma em termos de tecnologia.Nas modernas baterias de íons de lítio, os íons se movem de um eletrodo para outro através do eletrólito líquido (também chamado de condutividade iônica).Em baterias totalmente de estado sólido, o eletrólito líquido é substituído por um composto sólido que, no entanto, permite que os íons de lítio migrem dentro dele.Este conceito está longe de ser novo, mas nos últimos 10 anos – graças a intensas pesquisas em todo o mundo – foram descobertas novas famílias de eletrólitos sólidos com condutividade iônica muito alta, semelhante ao eletrólito líquido, permitindo que essa barreira tecnológica específica fosse superada.
Hoje,SaftOs esforços de Pesquisa e Desenvolvimento concentram-se em 2 tipos principais de materiais: polímeros e compostos inorgânicos, visando a sinergia das propriedades físico-químicas, como processabilidade, estabilidade, condutividade…
Quais são suas vantagens?
A primeira grande vantagem é uma melhoria acentuada na segurança nos níveis de célula e bateria: eletrólitos sólidos não são inflamáveis quando aquecidos, ao contrário de seus equivalentes líquidos.Em segundo lugar, permite o uso de materiais inovadores de alta tensão e alta capacidade, permitindo baterias mais densas e leves com melhor vida útil como resultado de autodescarga reduzida.Além disso, ao nível do sistema, trará vantagens adicionais, como mecânica simplificada, gerenciamento térmico e de segurança.
Como as baterias podem apresentar uma alta relação peso/potência, elas podem ser ideais para uso em veículos elétricos.
Quando podemos esperar?
Vários tipos de baterias de estado sólido provavelmente chegarão ao mercado à medida que o progresso tecnológico continuar.As primeiras serão baterias de estado sólido com ânodos à base de grafite, trazendo melhor desempenho energético e segurança.Com o tempo, tecnologias de baterias de estado sólido mais leves usando um ânodo de lítio metálico devem se tornar comercialmente disponíveis.
Hora da postagem: 03 de agosto de 2022