Baterias de estado sólido: veja o quão próxima está a revolução

O instituto de pesquisa Fraunhofer, com sede em Karlushe, Alemanha, publicou um estudo sobre baterias de estado sólido. Especificamente, os pesquisadores alemães se perguntaram em que ponto a tecnologia está e, acima de tudo, que futuro ela terá em comparação com o padrão atual, representado pelas conhecidas baterias de íons de lítio.

O estudo mostrou que hoje em dia, após anos de amplo desenvolvimento, as baterias de íons de lítio estão agora perto de atingir seu potencial máximo. Ainda há espaço para avanços, mas o progresso mais significativo parece já ter sido feito. A verdadeira revolução virá, portanto, com a chegada das tão esperadas baterias de estado sólido. O que ocorrerá dentro de 10 anos. Mas o que devemos esperar?

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Poucas notícias em termos de materiais

Vamos começar falando sobre fórmulas químicas. Nas baterias atuais de íons de lítio de estado sólido, algumas coisas não mudarão. No nível material, por exemplo, o metal de lítio e o silício continuarão sendo os mais promissores para a produção de ânodos. Eles garantem a maior densidade energética, mas os métodos ainda não foram desenvolvidos para produzi-los em larga escala. De fato, hoje em dia, os ânodos de silício têm uma densidade energética ligeiramente menor do que as de lítio, mas as margens de melhoria são grandes e no futuro um ponto de ruptura substancial será alcançado.

Quanto ao resto das células, as empresas de baterias estão testando as mais diversas fórmulas químicas. Até o momento, porém, os acumuladores NMC/NCA (níquel, manganês, cobalto ou níquel, cobalto e alumínio) são os que têm melhor desempenho, mesmo que existam outras fórmulas químicas – sobretudo o LFP (fosfato de ferro de lítio) – que têm custos mais baixos e estão melhorando em termos de características técnicas.

Três eletrólitos para o futuro

A diferença fundamental, da qual o próprio nome das baterias de estado sólido SSB (Solid State Battery) também deriva, é representada pelo eletrólito. Nesse aspecto específico, existem três grupos de materiais que poderiam se impor como os certeiros para investir.

Óxidos de eletrólitos sólidos: eles têm uma alta capacidade de suportar mecanicamente tensões e têm grande estabilidade química, mas requerem um tratamento de alta temperatura (sinterização) que os torna bastante frágeis e dotados de má condutividade iônica.

Eletrólitos sólidos de sulfeto: são mais flexíveis e fáceis de processar e se deformam mais facilmente, adaptando-se a vários usos, mas são produzidos apenas para projetos de pesquisa e um método de construção em larga escala ainda precisa ser desenvolvido.

Eletrólitos de polímero sólido: são os mais fáceis e menos caros de produzir, mas têm algumas limitações ditadas pela escassez de condutividade iônica à temperatura ambiente e, portanto, devem ser ajustados para obter melhor desempenho.

Como o mercado se expande

De acordo com o estudo do instituto alemão, a produção de baterias de estado sólido será realizada por volta de 2025. Ou melhor, em três anos, óxidos e sulfetos sólidos começarão a aumentar consideravelmente em volume do ponto de vista da disponibilidade no mercado e encontrarão as primeiras aplicações comerciais. Três anos depois, em 2028, o mesmo acontecerá para os eletrólitos de polímeros.

Nestes anos, o setor de baterias de estado sólido não só se desenvolverá graças à definição de métodos de produção mais economicamente sustentáveis, mas também porque a indústria otimizará todos os componentes da bateria para fazer produtos de alto desempenho. Os ânodos e os cátodos e os vários materiais ativos presentes dentro das células mudarão.

Todas as vantagens do estado sólido

As baterias de estado sólido substituirão gradualmente as baterias de íons de lítio por uma variedade de razões. De acordo com os pesquisadores de Fraunhofer, os pontos fortes são:

• Densidade de energia (pode em breve passar dos atuais 350 Wh/l para 1.150 Wh/l)
• Segurança (menor risco de incêndio devido ao superaquecimento)
• Durabilidade (menor degradação da estrutura interna)
• Velocidade de carregamento (potências mais altas em jogo graças a um melhor gerenciamento de temperatura)

Todos os usos do estado sólido

O desenvolvimento e difusão de baterias de estado sólido será impulsionado pelo mundo dos carros elétricos. Será o setor automotivo que irá impor o uso em larga escala desse tipo de acumuladores. Mas uma vez que a indústria que os produz esteja estruturada, então os campos de aplicação serão os mais variados. 

As baterias de estado sólido serão usadas em dispositivos eletrônicos de consumo, mas também em ferramentas elétricas para usinagem profissional. Dado os custos inicialmente mais altos de produção, as baterias de estado sólido se espalharão a partir do topo da gama.

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Uma produção crescente

Em 2030, segundo o estudo, a produção de baterias de estado sólido atingirá valores entre 15 e 40 GWh, enquanto em 2035 poderá chegar a 120 GWh por ano. No mesmo período, a produção de baterias normais de íons de lítio atingirá patamares inéditos: até 6 TWh em 2030 e até 8 TWh em 2035.

Em termos geográficos, as potências asiáticas (China, Coreia do Sul e Japão) ainda serão os mestres, mas jogarão quase em pé de igualdade com os Estados Unidos e a União Europeia.