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As baterias de estado sólido oferecerão uma melhoria em segurança, potência, densidade de energia e economia em comparação com as baterias de íon de lítio tradicionais. Eles serão um fator importante na expansão do mercado de carros elétricos e no aumento da popularidade dos carros elétricos. Com os avanços constantes que a tecnologia por trás das baterias de estado sólido vem fazendo, espera-se que ela esteja disponível comercialmente antes do ano de 2030. Empresas especializadas como Solid Power e QuantumScape fizeram parceria com empresas como BMW, Ford e Volkswagen para lançar essa tecnologia rapidamente .
O principal benefício das baterias de estado sólido em comparação com as convencionais de íons de lítio é que elas têm uma densidade de energia significativamente maior. Isso permitirá que os veículos viajem mais longe com uma carga e tenham um alcance maior – até 600 milhas em alguns casos. Além disso, eles podem se tornar mais baratos de produzir do que as tecnologias atuais de baterias. Um dos maiores desafios da tecnologia SSB é a segurança. Embora tenham menos probabilidade de pegar fogo, os materiais necessários devem ser selecionados e fabricados adequadamente para que sejam confiáveis. A escalabilidade é outra desvantagem. A Toyota está atualmente na vanguarda da tecnologia com mais de 1.300 patentes líderes. Eles estão procurando usar a tecnologia em seus carros híbridos antes de se tornar totalmente elétricos.
1 Densidade de energia aumentada
Tiro de uma bateria de estado sólido Nissan
A tecnologia de bateria de estado sólido vem com densidade de energia aprimorada. Uma célula de estado sólido tem uma estrutura interna muito diferente de uma célula de íon-lítio. Ao contrário das baterias de íon-lítio ou polímero de lítio que possuem eletrólitos líquidos inflamáveis ou gel de polímero entre seus ânodos e cátodos, as baterias de estado sólido possuem eletrodos e eletrólitos sólidos que melhoram a estabilidade da bateria e aumentam a segurança. Uma densidade maior torna as baterias de estado sólido capazes de suportar até três vezes a capacidade de uma bateria de íons de lítio. Isso traria tamanhos de bateria menores com recursos de longo alcance. Com isso, a tecnologia SSB impactaria outros setores da indústria como patinetes e motocicletas elétricas. As baterias de estado sólido são capazes de fornecer mais energia por quilograma de material usado do que as células de íon-lítio, daí a expectativa de capacidades de maior alcance do que a célula de bateria de íon-lítio.
2 Redução de peso com baterias de estado sólido
A Performance Battery Plus de dois níveis de um Porsche Taycan Turbo S
As baterias de estado sólido oferecem reduções drásticas de peso em comparação com as de íons de lítio. Com isso, um VE poderia ter uma bateria e peso muito mais leves em geral, o que teria um grande impacto em sua eficiência energética e custo-benefício. Isso levará a carros mais leves em geral, e é isso que será necessário para carros como um Porsche 911 totalmente elétrico. Isso afetará o desempenho do veículo, a potência do motor, o manuseio da direção e a eficiência da bateria. Com os veículos elétricos priorizando a aerodinâmica para produzir o veículo com maior eficiência energética, isso é um grande benefício. Um veículo como o Tesla Model S pode pesar 2.089 kg e 625 kg seriam devidos à bateria. Devido à tecnologia de íons de lítio, um número maior de células precisa ser empacotado em uma única célula para fornecer uma grande variedade. Por exemplo, o Tesla Model S Plaid tem 1.584 células em sua bateria!
3 Maior autonomia da bateria
Processo de revestimento de célula de bateria BMW
Parte da empolgação associada à tecnologia de baterias de estado sólido é o potencial de melhorar drasticamente o alcance do veículo. O potencial de maior alcance se deve ao fato de as baterias de estado sólido serem mais densas em energia do que as atuais baterias de íon-lítio padrão da indústria. A presença de eletrodos sólidos os torna capazes de reter mais energia do que as baterias de íon-lítio. Os cientistas especulam que as baterias de estado sólido seriam capazes de armazenar duas a três vezes a capacidade de uma bateria de íon de lítio convencional. Isso significa que as baterias de estado sólido poderão percorrer distâncias de até 500 e 600 milhas como padrão. Isso certamente será um grande avanço para os veículos elétricos em geral, porque haveria finalmente uma maior semelhança entre a gama de veículos com motor de combustão interna e os EVs, eliminando a ansiedade de alcance no processo.
4 Maior segurança e estabilidade
As baterias de íons de lítio são propensas a aquecer, pegar fogo e explodir sob certas condições. As baterias de estado sólido são mais estáveis do que as de íon-lítio devido aos componentes não inflamáveis de que são compostas, o que garante que funcione em temperaturas muito mais altas com riscos de combustão reduzidos. Além disso, a tecnologia de bateria de estado sólido tornará os veículos elétricos mais seguros em termos de resistência ao impacto e absorção de choque, porque as baterias de estado sólido contêm menos componentes que são mais compactos do que as baterias de íon-lítio, tornando-as menos propensas a danos em caso de acidente. . A tecnologia de estado sólido também opera em temperaturas mais altas e é mais resistente a alta pressão, portanto, pode ser projetada para ser mais durável do que o design da bateria de íons de lítio. Isso garante menos chances de danos por vibrações ou choques quando ele é submetido a forças intensas.
5 Materiais mais baratos e custos de fabricação
As baterias de estado sólido não exigem o mesmo tipo de processos de produção que consomem energia que as baterias de íon-lítio exigem. Por exemplo, a ausência de eletrólitos líquidos remove a necessidade de energia extra para evaporar e depois condensar novamente na forma líquida. O alto custo associado à tecnologia de estado sólido pode ser vinculado a suas várias desvantagens, como dendritos que se acumulam na bateria durante o carregamento, o que afeta seu desempenho. Eliminar essas desvantagens é parte do que atrasou a tecnologia por tanto tempo, incluindo a natureza cara daqueles atualmente em uso, como em RFIDs e marcapassos. Os fabricantes de automóveis acreditam que, quando a tecnologia estiver pronta, os materiais necessários para a produção serão baratos o suficiente para impactar o custo geral dos veículos elétricos. Por causa disso, as baterias de estado sólido podem ser produzidas em massa a um custo muito menor para resultar em veículos elétricos mais baratos no futuro.
6 Velocidade de carregamento aprimorada
Foto traseira de um Porsche Cayenne Turbo S E-Hybrid conectado a uma estação de carregamento
Quando o movimento EV começou, uma carga completa pode ser alcançada em 40 minutos a duas horas, dependendo dos tipos de carregadores usados. Com as faixas de bateria relativamente pequenas oferecidas, isso significava ter que gastar muito tempo fazendo uma viagem bastante curta. As baterias de estado sólido levarão a recarga para o próximo nível. Eles são capazes de uma taxa de carregamento mais rápida e, como resultado, os EVs serão recarregados em menos de 10 minutos, como parar em uma bomba de gasolina. Essa velocidade de carregamento aprimorada levará a mais conveniência em viagens mais longas. Com longas distâncias e carregamento rápido, os EVs percorrerão longas distâncias como os ICEs. Os SSBs também apresentam uma taxa de retenção de carga mais alta, o que significa que, mesmo após longos períodos de inatividade, os VEs manterão a maior parte de sua carga por períodos muito mais longos.
7 Estabilidade de temperatura e gerenciamento de calor com baterias de estado sólido EV
Esquemas do trem de força eDrive do BMW i7
O gerenciamento de calor e a estabilidade da temperatura são as principais áreas de preocupação para a atual tecnologia de bateria EV. As baterias de estado sólido podem resolver esses problemas devido às suas propriedades exclusivas. As SSBs são mais estáveis e capazes de resistir a temperaturas extremas, ao contrário das baterias convencionais de íon-lítio, porque a ausência de um eletrólito líquido significa que elas têm uma temperatura de fuga térmica muito mais baixa. É por isso que eles são ideais para uso em veículos elétricos, que são frequentemente expostos a temperaturas quentes no exterior e temperaturas extremamente frias no interior. As SSBs também têm uma condutividade térmica mais alta do que as baterias de íon-lítio comuns, o que significa que elas podem dissipar o calor mais rapidamente por meio de sua estrutura sólida. Este sistema de gerenciamento de calor pode reduzir significativamente os riscos relacionados ao superaquecimento, o que mantém a bateria funcionando com eficiência, aumentando sua vida útil.
8 Impacto ambiental reduzido
Vista frontal da planta de produção de baterias da CATL, que fabrica baterias para veículos elétricos em todo o mundo.
As baterias de estado sólido são muito mais ecológicas do que as baterias de íons de lítio. O processo de produção da bateria reduz a necessidade de metais de terras raras como o cobalto. Essas baterias de estado sólido não precisam de cobalto ou níquel, porque avanços recentes introduziram um eletrólito nanocomposto de polímero e cátodos de fluoreto de ferro que são capazes de fornecer mais que o dobro da energia por quilograma de uma bateria de íon de lítio tradicional a um custo muito menor. A ausência de cobalto e níquel elimina a dependência da mineração em alto mar e do abastecimento de zonas devastadas pela guerra, onde o trabalho infantil é usado. Isso ajuda muito a reduzir a poluição dos corpos d’água, bem como seu uso maciço, como na América do Sul, onde 2,2 milhões de litros de água podem ser usados para produzir uma única tonelada de lítio.
9 Maior durabilidade e maior vida útil
Lucid Air Sapphire em uma área deserta com rodas aerodinâmicas com acabamento preto
A natureza compacta dos materiais necessários para produzir as baterias de estado sólido significa menos potencial para o movimento dos materiais dentro das células. Além disso, a presença do eletrodo sólido significa menos chances de degradação dentro das células. Isso significa que as baterias de estado sólido terão uma vantagem impressionante no ciclo de vida em relação às baterias convencionais de íon-lítio. Eles terão maior durabilidade, o que trará uma vida útil mais longa. Para os proprietários de VEs, isso resulta em menores custos de manutenção da bateria. Como as baterias de estado sólido têm uma vida útil mais longa do que as baterias de íon-lítio, elas também demoram mais para serem descartadas. Isso também levará a uma diminuição na carga imposta aos serviços de reciclagem e descarte, ao mesmo tempo em que reduz a descarga de gases perigosos de baterias usadas deixadas para acumular em aterros sanitários.
10 Mais Versatilidade Para Veículos
Vista frontal de três quartos de um Tesla Semi
Se você pensou que o potencial dos VEs convencionais já estava sendo levado ao limite, com baterias de estado sólido, as possibilidades são ainda maiores. A própria estrutura da tecnologia de bateria de estado sólido permite o uso em todos os tipos de veículos, desde as tradicionais motocicletas de duas rodas até carros completos e até caminhões. Além disso, sua capacidade de produzir potência consistente os torna para carros de corrida. Com a tecnologia atual, os EVs desfrutam de uma rápida explosão de potência devido ao torque instantâneo e obtêm tempos de aceleração insanos de 0 a 100 km/h, mas a velocidade começa a diminuir à medida que o passeio avança e é aí que os ICEs tendem a alcançá-los e ultrapassá-los. Isso se deve ao íon de lítio e seus problemas com altas temperaturas. Isso não ocorre com as baterias de estado sólido, que darão ao veículo uma velocidade consistente à medida que a unidade avança.
