Como os primeiros ciclos de carga da bateria impactam no carro elétrico?

• Antes mesmo de carregar seu veículo elétrico pela primeira vez, a bateria passa por ciclos de carregamento controlados na própria fábrica.
• Esses ciclos iniciais de carregamento são lentos e demorados, pois ocorrem com correntes baixas.
• Um estudo financiado pela Toyota descobriu que correntes altas durante as fases iniciais de carregamento melhoram o desempenho e a vida útil.

O movimento dos veículos elétricos não é linear. Vendas desiguais, ansiedade em relação à autonomia, disponibilidade limitada de carregadores e uma eleição presidencial em que os VEs são uma batata quente política podem ter diminuído o ânimo de alguns. Mas o que está acontecendo no lado do consumidor contrasta fortemente com os esforços nos bastidores, especialmente quando se trata de pesquisa e desenvolvimento de baterias.

Na semana passada, cobrimos um estudo em que um laboratório financiado pela Tesla descobriu que o uso consistente de baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP) em um estado de carga mais alto afetava negativamente a saúde e a degradação da bateria, contradizendo as noções existentes sobre as práticas de carregamento de LFP. Agora temos outro estudo esta semana, financiado pelo Toyota Research Institute em seu programa Accelerated Materials Design and Discovery, que revela mais sobre baterias de veículos elétricos.

Publicado em um artigo de pesquisa científica Joule o estudo afirma que há uma nova maneira de melhorar a saúde da bateria e minimizar a degradação. Pesquisadores do SLAC-Stanford Battery Center (antigo Stanford Linear Accelerator Center) afirmaram que carregar baterias de íon-lítio pela primeira vez em velocidades excepcionalmente altas aumenta sua vida útil em uma média de 50% e até um máximo de 70%.

O estudo afirma: "A formação é uma etapa essencial na fabricação de baterias. Durante esse processo, o estoque de lítio é consumido para formar a interfase de eletrólito sólido (SEI), que, por sua vez, determina a vida útil da bateria... Surpreendentemente, a corrente de carga de alta formação no primeiro ciclo aumenta a vida útil do ciclo da bateria em uma média de 50%." Tudo isso pode parecer nerd e sem sentido. Mas aqui está o que isso significa em termos simples.

Antes mesmo de conectar seu veículo elétrico pela primeira vez para carregar a bateria, o pacote passa por uma etapa crítica no processo de fabricação chamada "formação", à qual o parágrafo acima se refere. Isso geralmente acontece no final do processo de produção, onde ocorrem os ciclos iniciais, cuidadosamente controlados, de carga e descarga do pacote de baterias.

Foto de: InsideEVs

Os ciclos iniciais de carga estabilizam o conjunto de baterias e ajudam a ativar os materiais dentro das células. Esse processo afeta o desempenho, a longevidade e a qualidade geral da bateria. É como afinar um instrumento musical antes que ele possa subir ao palco e se apresentar. O ajuste e a calibração são fundamentais porque influenciam o resultado.

Durante a pesquisa, cientistas de baterias do SLAC-Stanford, do Toyota Research Institute, do Massachusetts Institute of Technology e da University of Washington executaram 186 ciclos de carga e descarga em 62 protocolos de formação. Quando uma corrente alta foi injetada na bateria pela primeira vez, as células realmente perderam parte de seu conteúdo de lítio - até 30% em comparação com 9% com os métodos tradicionais de primeira carga.

Mas "essa perda de lítio no primeiro ciclo não é em vão", escreveu o SLAC-Stanford em uma publicação no blog. "O lítio perdido torna-se parte da SEI que se forma na superfície do eletrodo negativo durante a primeira carga." Essa camada basicamente protege o eletrodo negativo, onde a perda de lítio pode ser acelerada com o tempo. Isso tem um efeito positivo geral na vida útil da bateria.

O relatório afirma que isso é o oposto do que os fabricantes costumam fazer, que é dar às baterias sua primeira carga com uma corrente baixa. Isso torna o processo demorado e é um dos principais gargalos na fabricação de baterias. Sem a formação adequada, uma bateria não funcionaria como pretendido, o que torna esse aspecto essencial da produção. Mas agora, aparentemente, há uma maneira de economizar tempo e, possivelmente, até mesmo estender a idade da bateria. 

Com essa nova técnica, como a perda de lítio ocorre devido a uma alta corrente inicial, haveria "espaço adicional em ambos os eletrodos". Em última análise, isso "ajudaria a melhorar o desempenho e a vida útil da bateria". 

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