A equipe de pesquisa do cientista canadense Jeff Dahn continua trabalhando no desenvolvimento de uma bateria capaz de suportar um milhão de milhas (1,6 milhões de quilômetros) sem que a degradação de sua química o penalize. Isso significa que ele é capaz de suportar milhares de ciclos de carga e descarga, número bem acima do que a indústria automobilística estabeleceu como limite inferior para uso em veículos elétricos. O Colaborador da Tesla explicou em uma conferência online que o objetivo de atingir essa vida útil é poder usar essas baterias em redes V2G (veículo à grade).
Jeff Dahn é um dos pesquisadores mais reconhecidos na área de baterias. Ele é um pioneiro no desenvolvimento de células de íons de lítio, tendo trabalhado nelas quase desde que foram inventadas. Entre suas contribuições está o aumento do ciclo de vida das células, o que foi um divisor de águas para o início de sua comercialização. Em 2016, associou-se à Tesla, que se encarregou de financiar várias das suas investigações. Durante anos, sua equipe na Dalhousie University continuou trabalhando no desenvolvimento das baterias que agora são montadas nos carros elétricos da fabricante californiana. Nos últimos anos, seu trabalho resultou na apresentação de várias das patentes tecnológicas da Tesla que pode levar a alcançar uma célula de bateria que permite atingir varia até um milhão de milhas (1,6 milhões de quilômetros).
Em outubro de 2020, o físico canadense apresentou os resultados parciais do seu trabalho, garantindo que após os testes realizados com as células da bateria que vem desenvolvendo há mais de três anos, sua duração ultrapasse um milhão de milhas. é possível chegar 10.000 ciclos de carga e descarga que permitirá uma vida útil de mais de dois milhões de milhas, ou seja 3,2 milhões de quilômetros. Além disso, os testes mostram que quando as baterias estão descarregadas entre 25 e 50% de sua capacidade, uso que pode ser considerado típico para o deslocamento diário, a degradação é praticamente nula.
Dahn também abordou esses resultados durante sua aparição na conferência de software de bateria ‘Twaice Vision’, organizada pelo especialista em análise de baterias Twaice, com sede em Munique. Lá ele explicou que o verdadeiro propósito desta bateria Não é que um carro elétrico viaje com ele tantos quilômetros, mas que pode ser usado em redes V2G o que modifica algumas de suas declarações anteriores em que você havia mencionado como um possível campo de aplicação para essas baterias táxis elétricos e autônomos que exigia uma quilometragem extremamente alta.
“Temos que prescindir de combustíveis fósseis”, disse Dahn durante sua apresentação. “É mais barato instalar painéis solares e energia eólica do que queimar carvão. No entanto, a produção de energia não é constante, por isso precisamos de armazenamento de energia em larga escala.”
Redes V2G resolvem o problema de armazenamento de baixa energia
Os carros ficam parados a maior parte do dia, o que facilita a flexibilidade de sua recarga. A recarga bidirecional permite que, quando um carro elétrico está recarregando, a energia flua tanto da rede elétrica para o carro como do carro para a rede. Desta forma, consegue-se uma dupla função, pois além de aumentar o uso de energias renováveis, consegue-se uma redução nos custos elétricos graças à possibilidade oferecida pelo armazenamento de energia em baterias. Por meio dos sistemas V2G, os carros elétricos têm grande potencial como condutores da transição energética, pois são capazes de absorver os picos de geração do sistema.
Tendo em conta as instalações espalhadas por todo o mundo, a partir de 2020 a produção de baterias irá multiplicar-se, chegando a quintuplicar em 2030. A grande maioria da anunciada e já prevista capacidade de produção de células de bateria será utilizada em todos os tipos de veículos elétricos; bicicletas, carros elétricos, ônibus e caminhões. “O crescimento será impulsionado mais por aplicativos de mobilidade do que por armazenamento de energia”, diz Dahn.
Por isso, para poder armazenar as quantidades de energia que a rede necessita e cobrir a demanda O desenvolvimento de aplicativos V2G é necessário. Segundo Dahn esta estratégia será “inevitável”. Com o carregamento bidirecional, a capacidade de armazenamento integrada do carro elétrico pode ser usada para tarefas de rede, já que a maioria deles permanece estacionada por um grande número de horas por dia.
Segundo o pesquisador, as células devem ser adequadas para esta tarefa. “Uma bateria projetada para suportar 800 ciclos de carga e descarga pode ser suficiente para suportar seu uso em qualquer veículo elétrico do mercado, seja qual for sua aplicação, mas não é útil para serviços de rede V2G”. Nesses casos, Dahn estima que 400 ciclos todos os anos para que uma bateria cumpra corretamente seu uso como armazenamento de energia na rede. “Com 10.000 ciclos, uma célula de bateria desse tipo dura 25 anos, o que também coincide com a vida útil de painéis solares e turbinas eólicas”, diz o pesquisador.
Para alcançar essa resistência ao ciclismo, a equipe de pesquisa Dahn trabalha com aditivos que agrega ao eletrólito. Em células convencionais, o eletrólito reage com os materiais do eletrodo ao longo do tempo, depositando assim uma fina camada de produtos de reação nas superfícies do ânodo e do cátodo. Como muitos desses produtos de reação contêm lítio, eles ainda permitem o transporte de íons de lítio, mas o filme de “interface de eletrólito sólido” garante um transporte de íons reduzido. À medida que a célula envelhece, a capacidade utilizável diminui.
Os aditivos eletrolíticos reativos destinam-se a reduza a reação com o material do eletrodo e, portanto, a formação deste filme. “O uso desses aditivos, com apenas alguns por cento em peso da mistura, pode prolongar muito a vida útil das baterias de íon-lítio”, diz Dahn.
A bateria que Dahn desenvolve para redes V2G
A equipe de Dahn está trabalhando com uma célula NMC 532 (50% níquel, 30% manganês e 20% cobalto) com ânodo de grafite. Essas células são compradas secas, ou seja, sem eletrólito, de um fornecedor chinês. O eletrólito é então misturado com os aditivos no laboratório. “Encontrar a mistura ideal de aditivos é muito desafiador e passamos muito tempo no laboratório nisso”, diz Dahn. Ao longo de vários anos, foi desenvolvida uma combinação de materiais que mantém 90% por cento de sua capacidade original após 12.000 ciclos em temperatura ambiente.
Atualmente, tal durabilidade só é possível em laboratório, e mesmo assim com baixas potências de carga e descarga. Esta célula foi carregada e descarregada a 1C. Em até 3C, a durabilidade ainda está acima da média, mas não tão alta. Porém, A operação 1C é importante para aplicações de veículo para rede quando o carro é carregado ou descarregado em baixa potência. Porque o carregamento rápido danifica essas baterias de longa duração, assim como as convencionais.
Como conclusão de sua palestra no ‘Twaice Vision’, Dahn alertou sobre o desafios diferentes que essas baterias carregam em relação às que são implementadas em carros elétricos. Se a química da célula for tão durável, outros componentes, como o gabinete, o hardware do módulo ou o sistema de gerenciamento de bateria, falharão primeiro. “Já tivemos um caso em nosso laboratório em que o equipamento de carregamento falhou e tivemos que mudar a célula para um novo ambiente”, diz Dahn.