Bateria "híbrida" de metal de lítio promete EVs mais leves e de longo alcance até 2025

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Prolongar / Veículos menores como o Kia EV6 poderiam se beneficiar de baterias mais leves e com maior densidade de energia.

Baterias de estado sólido foram aclamadas como o Santo Graal para veículos elétricos e, embora isso possa ser um exagero, elas prometem aumentar o alcance e reduzir os tempos de carregamento, trazendo veículos de emissão zero muito mais próximos da paridade com seus concorrentes de combustível fóssil.

Ainda, baterias de estado sólido, que usam um eletrólito sólido, em oposição a um líquido ou gel, permanecem logo além do horizonte. Recentemente, eles começaram a se parecer menos com vaporware e mais com um produto real, e provavelmente começarão a entrar em carros e caminhões no final da década. Ainda assim, é uma linha do tempo que dá aos concorrentes uma abertura.

Um desses concorrentes é uma empresa chamada SES, que na semana passada anunciou que havia feito uma nova bateria que promete quase dobrar a densidade de energia das células de íon-lítio atuais. O segredo era eliminar um pedaço da bateria que adicionava peso e espessura, mas não introduzia condições perigosas que pudessem levar a um incêndio.

O SES eliminou a grafite do ânodo, a parte da bateria que aceita íons de lítio durante o carregamento. Em vez disso, ele tem um ânodo de lítio de metal puro. Ao soltar o grafite do ânodo, o SES economizou peso e espaço, mas também teve que descobrir como gerenciar o lítio puro, um metal altamente reativo. Quando usado como ânodo, o lítio puro costuma levar as baterias a mortes prematuras.

Para tornar os ânodos de metal de lítio seguros e duradouros, a empresa administrou a formação de dendritos usando uma abordagem de três pinos. Os dendritos são estruturas pontiagudas que podem se formar dentro das baterias de íon-lítio, principalmente quando as células são carregadas ou descarregadas rapidamente. Se eles ficarem muito grandes, eles podem preencher a lacuna entre o ânodo e o cátodo, causando um curto-circuito que pode incendiar o eletrólito (muitos dos eletrólitos de hoje são altamente inflamáveis).

Outras empresas estão tentando eliminar o problema dos dendritos substituindo o eletrólito líquido por um sólido, criando uma barreira física para evitar o crescimento dos dendritos. Mas a produção em massa de baterias de metal de lítio com eletrólitos sólidos tem sido um desafio, e o aperfeiçoamento do processo levará vários anos mais, razão pela qual outras empresas têm pesquisado abordagens híbridas.

Solução salgada

A abordagem híbrida da SES começa revestindo o ânodo com um composto proprietário que permite à empresa usar lítio puro em vez de grafite, que é usado pela maioria das baterias de íon-lítio atuais. Em seguida, a SES usa um eletrólito líquido saturado com um sal que o CEO Qichao Hu disse a Ars ser muito mais seguro de usar.

“Na verdade, é principalmente sal”, disse Hu. “Este novo líquido é essencialmente muito estável no metal de lítio, muito seguro, não inflamável, não volátil, não orgânico.” Um avaliador terceirizado conseguiu colocar um prego em uma célula sem causar fogo, algo que você não pode fazer com as baterias de íon de lítio atuais.

Em seguida, a empresa monitora suas baterias com modelos de inteligência artificial treinados em dados coletados de células anteriores, em busca de defeitos ou variações que podem eventualmente levar a problemas. No momento, tudo isso está acontecendo no laboratório, mas a SES está investigando maneiras de levar os mesmos recursos de monitoramento aos veículos na estrada. Tal sistema pode contar com parâmetros básicos como temperatura ou voltagem, ou pode exigir sensores adicionais, disse Hu. “Tudo isso ainda está em negociação” com as montadoras.

Se os sensores determinarem que uma célula não está se comportando corretamente, Hu disse que há duas maneiras diferentes de consertar o problema. Um pode ser usar um protocolo de cobrança especial para replicar o lítio no ânodo, essencialmente tentando desfazer o dendrito. Mas se isso falhar, ou se os protocolos de carregamento especiais não estiverem disponíveis porque um carregador não o suporta, a bateria pode relatar uma falha de célula prevista para que possa ser substituída antes que cause um curto.

Linha do tempo apertada

Os testes das células da SES estão indo bem o suficiente para que as montadoras estejam avaliando as amostras iniciais, e Hu espera que eles tenham as amostras otimizadas até o final do próximo ano. Atualmente, a empresa está fazendo parceria com GM, Hyundai, Geely, SAIC e Foxconn, e está construindo uma fábrica em Xangai que está programada para ser concluída em 2023.

“Nosso objetivo é colocar isso em um carro na estrada, talvez 2025”, disse Hu. Apesar de anos de distância, ainda os colocaria à frente de concorrentes de estado sólido como Solid Power, cuja linha do tempo realista visa a segunda metade da década. “Sim, está apertado”, disse ele. Hu disse que o trabalho da empresa até agora "nos dá confiança de que é exequível. Agressivo, mas factível. ”

Fonte: Ars Technica