Johan Söderbom, líder temático para redes inteligentes e armazenamento de energia na EIT InnoEnergy, destaca a importância de desenvolver uma química de bateria inovadora para garantir que a demanda de bateria seja atendida.

Já um negócio de 45 bilhões de dólares, a indústria de baterias de hoje está prevista para triplicar para US$ 135 bilhões até 2031 . Seu crescimento nos últimos anos foi nada menos que espetacular. Em 2017, havia muito pouca capacidade de bateria planejada na Europa, mas reconhecendo o papel vital que as baterias desempenham no combate às mudanças climáticas, agora existem pelo menos 45 projetos diferentes de baterias em andamento. A Aliança Europeia de Baterias (EBA), liderado pela EIT InnoEnergy, tem sido fundamental em grande parte desse progresso. Reunindo as partes interessadas de toda a cadeia de valor da fabricação de baterias, a EBA está trabalhando para superar o desafio da bateria na Europa em todos os ângulos – desde o desenvolvimento e financiamento do roteiro até a mineração e habilidades. Agora, o desafio não é tanto sobre a capacidade, mas sobre a química da bateria.

Há 20 anos, os químicos de baterias discutiram os prós e os contras de várias das principais químicas de baterias e, finalmente, optaram por buscar o lítio, o que resultou em seu desempenho de densidade de energia superior. É uma decisão que serviu bem ao mundo, até recentemente. Originalmente desenvolvido para pequenos eletrônicos, como câmeras, ninguém poderia prever um aumento tão grande na demanda como resultado dos veículos elétricos (EVs).

Esse aumento na demanda representa um desafio no fornecimento ético de quantidades suficientes de lítio, cobalto e níquel. De fato, a IEA sugere que o mundo pode enfrentar uma potencial escassez de lítio já em 2025. Como os veículos elétricos atuais são projetados exclusivamente para a química do lítio, investimentos e recursos significativos já estão sendo feitos para maximizar o uso de cada unidade de lítio e, ao mesmo tempo, melhorando a capacidade, as velocidades de carga e descarga e as taxas de degradação. No entanto, ao longo dos próximos anos, será vital que as químicas de bateria alternativas, como íons de sódio, bem como a melhoria da família de baterias de íons de lítio (Li-ion) sejam buscadas.

Comercialização de sódio

Embora a química atual da bateria para tecnologias de sódio continue atrás do lítio em termos de densidade de energia, o sódio é um material abundante que o torna ideal para armazenamento estacionário. As baterias de íon de sódio têm o potencial de ser uma química de bateria alternativa atraente para EVs básicos que terão tempos de carga equivalentes, mas terão um alcance um pouco mais curto em troca de um preço mais baixo.

Uma ‘solução de bateria AB’ que combina células de lítio e sódio em uma bateria também pode ser uma opção atraente para colher o melhor das duas tecnologias. Seduzido pelo vasto potencial dos produtos químicos de sódio, o gigante da indústria CATL já iniciou a produção em pequena escala, com grandes volumes esperados para 2023. E muitos inovadores menores estão seguindo o exemplo.

Preparando a cadeia de suprimentos para um aumento na demanda, a Altris , com sede em Uppsala , desenvolveu um material catódico de alta densidade de energia chamado Fennac, que fabrica a partir de sódio, ferro, carbono e nitrogênio. A tecnologia foi desenvolvida para ser capaz de conectar e usar em qualquer linha de produção de íons de lítio padrão da indústria. É tão inovador que chamou a atenção do desenvolvedor de baterias Northvolt, líder mundial, que participou da rodada de financiamento da Série A da Altris. Os € 9,6 milhões arrecadados estão sendo usados ​​para abrir uma instalação de produção em escala GWh até o final de 2023.

Rumo a uma química de bateria 100% de silício

O silício como material anódico também está em ascensão. As soluções de silício são únicas porque podem armazenar grandes quantidades de íons de lítio em velocidades rápidas, permitindo velocidades de carregamento de menos de 15 minutos com mais de 500 milhas de alcance. No entanto, a indústria enfrenta vários desafios ao levar os produtos químicos da mistura <10% de silício-grafite que temos hoje para os potenciais produtos químicos de 100% de silício dos quais poderíamos nos beneficiar no futuro. Esses desafios incluem a criação de uma química de bateria estável que permitirá que a propensão natural do silício se expanda e contraia à medida que carrega e descarrega e a torna escalável a um preço competitivo. A indústria está buscando várias estratégias, algumas das quais seguirão um caminho de aumento gradual do conteúdo de silício, enquanto outras estão pressionando para introduzir ânodos de silício completos já em 2027.

Trabalhar em direção a uma química de bateria totalmente de silício é um desafio que a empresa inovadora de baterias GDI, sediada em Nova York, passou a maior parte da última década trabalhando para entregar. Inspirando-se nos painéis fotovoltaicos, o GDI usa deposição química de vapor aprimorada por plasma para criar um design exclusivo de ânodo 100% de silício. Em testes de laboratório, foi comprovado que essa química de bateria oferece um aumento de densidade de energia de 30% em baterias de íon de lítio avançadas em 30%, bem como carregamento rápido seguro e confiável de 10 a 75% em 15 minutos mais de 500 vezes com 80 restantes % Estado de saúde.

Reconhecendo o crescente mercado europeu, a GDI é uma das várias start-ups americanas que a EIT InnoEnergy está ajudando a estabelecer uma posição na Europa para trazer inovação global em benefício dos consumidores europeus. Depois de concluir uma importante rodada de financiamento da Série A, na qual a GDI atraiu US$ 13,3 milhões, ela agora estabelecerá sua primeira linha de produção em Eindhoven, na Holanda, com o apoio das empresas industriais europeias de alta tecnologia AGC e Schlenk . Assim que a linha de produção piloto for bem-sucedida, a aliança visa atingir 100 MWh de capacidade de produção de anodo em 2024, 1 GWh em 2026 e 10 GWh em 2028.

Preparando a cadeia de suprimentos para o futuro

Há 20 anos, a indústria cometeu o erro de buscar certas químicas de bateria sem considerar o que o futuro poderia trazer. Nós sabemos melhor agora. Em dezembro de 2022, o Parlamento Europeu anunciou uma nova legislação de economia circular que estipula requisitos durante todo o ciclo de vida de uma bateria. Por exemplo, exigirá que baterias novas usem um mínimo de 6% de lítio recuperado e estabelece metas progressivas para a coleta de baterias gastas.

A nova legislação transmite a mensagem de que devemos lidar com nossa sucata. Isso inclui reduzir o desperdício de fabricação, facilitando a compreensão da saúde restante de uma bateria para possível reutilização e fácil desmontagem para reciclagem. As práticas atuais de fabricação de baterias ainda produzem até 10%, mesmo em instalações bem ajustadas. Inovadores como a Verkor estão lidando com a sucata aplicando dados e digitalização industrial para apresentar um modelo Gigafactory mais moderno e eficiente para atender à demanda futura.

Da mesma forma, embora as cadeias de suprimentos subsidiárias estejam começando a lidar com a ‘massa negra’ proveniente de baterias recicladas, os volumes de reciclagem são baixos como resultado de logística desafiadora, rotulagem inadequada e enorme variação em produtos químicos. Precisamos que muito mais empresas sigam os passos de líderes da indústria, como a Northvolt, que está construindo sua primeira instalação de reciclagem na Suécia. Uma vez operando em plena capacidade, ela movimentará 120.000 toneladas por ano e poderá fornecer pelo menos 50% das matérias-primas necessárias para sua fábrica adjacente.

Os próximos anos são críticos para o desenvolvimento de um suprimento sustentável e local de baterias para a Europa. Precisamos desenvolver rapidamente novos produtos químicos para baterias e novas competências para não apenas enfrentar as mudanças climáticas, mas também permanecer competitivos ao fazê-lo. Temos a sorte de apresentar muitos projetos inovadores de baterias na Europa, mas continua sendo vital que a indústria tenha acesso a capital suficiente e oportunidades de colaboração para atender às demandas crescentes.

Johan Söderbom
Líder Temático para Redes Inteligentes e Armazenamento de Energia
EIT InnoEnergy
https://www.innoenergy.com/
https://www.linkedin.com/in/johan-s%C3%B6derbom-a84b652a/?originalSubdomain=se

Fonte: https://www.innovationnewsnetwork.com/facilitating-battery-chemistry-innovation-meet-demand/28640/