A tecnologia de baterias de veículos elétricos (VE) tem registado rápidos avanços nos últimos anos, impulsionando a adoção generalizada de VE e impulsionando a indústria automóvel em direção a um futuro mais sustentável. Vamos aprender sobre o estado atual da tecnologia de baterias EV, avanços recentes e desenvolvimentos promissores no horizonte.
Estado atual das baterias EV
A partir de 2024, as baterias de iões de lítio continuam a ser a tecnologia dominante para veículos elétricos. Estas baterias percorreram um longo caminho desde a sua introdução na electrónica de consumo, com melhorias significativas na densidade de energia, velocidade de carregamento e longevidade.
A procura global de baterias de iões de lítio aumentou, impulsionada pelo rápido crescimento nas vendas de VE, especialmente em regiões como a China, a Europa e os Estados Unidos. Este aumento da procura também levou a investimentos significativos em instalações de produção de baterias em todo o mundo. Apesar das suas vantagens, as baterias de iões de lítio enfrentam desafios como os elevados custos de produção, restrições na cadeia de abastecimento de materiais críticos como o lítio, o cobalto e o níquel, e preocupações ambientais relacionadas com a mineração e a reciclagem.
Densidade e alcance de energia
As modernas baterias de íons de lítio usadas em veículos elétricos normalmente têm uma densidade de energia que varia de 250 a 300 watts-hora por quilograma (Wh/kg). Isto permite autonomias de 250 a 400 milhas (400 a 640 km) com uma única carga para muitos veículos elétricos de última geração. Alguns modelos de carros de luxo, como o Lucid Air, possuem autonomia de mais de 800 km.
Velocidade de carregamento
As capacidades de carregamento rápido melhoraram dramaticamente. Muitos EVs agora podem carregar de 10% a 80% em 30-40 minutos usando carregadores rápidos DC. Alguns modelos de automóveis mais recentes, equipados com arquitetura de 800 volts, podem atingir taxas de carregamento ainda mais rápidas, totalizando 320 km de autonomia em apenas 15 minutos.
Vida útil da bateria
As baterias EV modernas são projetadas para durar toda a vida útil do veículo. Muitos fabricantes oferecem garantias de 8 a 10 anos ou de 100.000 a 150.000 milhas. Dados do mundo real mostram que a maioria das baterias de VE retém mais de 90% da sua capacidade original após 160.000 quilómetros de utilização.
Redução de custos
Os custos das baterias caíram significativamente na última década. Em 2010, as baterias custavam cerca de 1.000 euros por quilowatt-hora (kWh). Em 2024, o custo médio caiu para cerca de 100 euros/kWh, com alguns fabricantes a reportar custos inferiores a 90 euros/kWh. Esta redução drástica tem sido um factor chave para tornar os VEs mais acessíveis e competitivos com os veículos com motor de combustão interna.
Avanços recentes e tecnologias emergentes
Baterias de estado sólido
As baterias de estado sólido são consideradas o próximo grande salto na tecnologia de baterias EV. Essas baterias usam um eletrólito sólido em vez dos eletrólitos líquidos ou em gel encontrados nas baterias tradicionais de íons de lítio. As vantagens incluem:
- Maior densidade de energia (potencialmente 50-100% maior que as atuais baterias de íons de lítio)
- Tempos de carregamento mais rápidos
- Maior segurança (redução do risco de incêndios)
- Vida útil mais longa
Várias grandes montadoras e startups estão investindo pesadamente em tecnologia de estado sólido. A Toyota anunciou planos para lançar seu primeiro EV com bateria de estado sólido até 2025, enquanto o QuantumScape, apoiado pela Volkswagen, pretende iniciar a produção em 2024-2025.
Ânodos de silício
A substituição dos ânodos de grafite tradicionais por materiais à base de silício pode aumentar significativamente a capacidade da bateria. O silício pode, teoricamente, armazenar até 10 vezes mais íons de lítio do que o grafite. No entanto, o silício expande-se consideravelmente durante o carregamento, o que pode levar à degradação ao longo do tempo.
Empresas como Sila Nanotechnologies e Group14 Technologies desenvolveram ânodos à base de silício que abordam esses desafios. Espera-se que esses ânodos aumentem a densidade de energia em 20-40% em comparação com as atuais baterias de íons de lítio. Algumas montadoras, incluindo a Mercedes-Benz, já anunciaram planos para incorporar baterias de ânodo de silício nos próximos modelos de veículos elétricos.
Baterias de lítio-enxofre
As baterias de lítio-enxofre (Li-S) oferecem potencial para densidades de energia ainda maiores do que as baterias de estado sólido, teoricamente até 500 Wh/kg. Elas também usam materiais mais abundantes e mais baratos do que as tradicionais baterias de íons de lítio.
Embora as baterias Li-S enfrentem desafios com o ciclo de vida e a estabilidade, pesquisas recentes mostraram resultados promissores. Em 2023, pesquisadores da Universidade Drexel desenvolveram um novo tipo de material catódico que melhorou significativamente a vida útil das baterias Li-S, tornando-as potencialmente viáveis para aplicações EV.
Baterias de íon de sódio
À medida que crescem as preocupações sobre a disponibilidade a longo prazo e o impacto ambiental da mineração de lítio, as baterias de iões de sódio estão a ganhar atenção como uma alternativa potencial. O sódio é muito mais abundante e distribuído uniformemente globalmente do que o lítio.
Embora as baterias de íon de sódio tenham atualmente menor densidade de energia do que as baterias de íon de lítio, elas oferecem vantagens em custo, segurança e desempenho em baixas temperaturas. A gigante chinesa de baterias CATL já iniciou a produção de baterias de íons de sódio e vários fabricantes de automóveis estão explorando seu potencial para uso em veículos elétricos básicos e aplicações de armazenamento de energia.
Perspectivas e desafios futuros
A indústria de baterias EV está evoluindo rapidamente, com inúmeras tecnologias competindo para se tornar o próximo padrão da indústria. Embora as baterias de estado sólido sejam amplamente vistas como o avanço mais promissor no curto prazo, outras tecnologias, como as baterias de lítio-enxofre e de iões de sódio, poderão desempenhar papéis significativos no futuro ecossistema de veículos elétricos.
Os principais desafios que os investigadores e fabricantes estão a trabalhar para enfrentar incluem:
- Aumentar ainda mais a densidade de energia para ampliar a autonomia do veículo elétrico e reduzir o peso do veículo
- Melhorando as capacidades de carregamento rápido sem comprometer a vida útil da bateria
- Melhorar a segurança da bateria, especialmente em condições extremas
- Reduzir a dependência de materiais raros ou geopoliticamente sensíveis
- Desenvolver processos de reciclagem mais sustentáveis e eficientes para baterias em fim de vida
À medida que estes desafios forem resolvidos, podemos esperar ver VEs com autonomias mais longas, tempos de carregamento mais rápidos e custos mais baixos nos próximos anos. O avanço contínuo da tecnologia das baterias desempenhará um papel crucial na aceleração da transição global para o transporte sustentável.
