As baterias de estado sólido são, provavelmente, a promessa mais comentada da indústria automotiva nos últimos 10 anos - e tudo indica que seguirão no centro das atenções por muitos anos.
Stellantis, Toyota, BMW, Nissan, BYD, Hyundai - e a lista poderia ser ainda maior - vêm destinando centenas de milhões de euros ao desenvolvimento dessa tecnologia, atraídas pelo que ela sugere entregar: baterias que não ganham “vício”, com maior durabilidade e capazes de levar o veículo a rodar mais entre uma recarga e outra.
Dá a impressão de que isso descreve o carro elétrico perfeito, certo? Só que existe um “pequeno” obstáculo: mesmo os cenários mais otimistas apontam que a tecnologia das baterias de estado sólido só deve chegar aos modelos de grande volume no fim desta década.
O que são baterias de estado sólido?
Antes de entrar nas vantagens e nos problemas dessa tecnologia - ou, se preferir, nos desafios -, é importante explicar do que ela é feita e em que se distingue das atuais baterias de íons de lítio, sejam do tipo LFP (fosfato de ferro-lítio) ou NMC/NMA (níquel, manganês, cobalto ou alumínio).
Assim como nas baterias de íons de lítio, as baterias de estado sólido são compostas por ânodo, cátodo e eletrólito. O eletrólito é o meio por onde ocorre o trânsito de íons entre ânodo e cátodo (os eletrodos), permitindo a transferência de cargas e a geração de corrente elétrica. Em outras palavras, é ele que viabiliza a conversão de energia química em energia elétrica.
A diferença decisiva entre as duas tecnologias está exatamente no eletrólito: nas baterias de estado sólido, ele é sólido; já nas baterias de íons de lítio atuais, ele é líquido (ou na forma de gel polimérico).
Para esses eletrólitos sólidos, são considerados materiais como compostos cerâmicos (óxidos, sulfetos e fosfatos), polímeros condutores e até vidro.
Vale lembrar que eletrólitos sólidos não são novidade: eles foram identificados no séc. XIX. Naquele período, porém, acabaram deixados de lado por apresentarem baixa densidade energética - algo que já não se aplica da mesma forma hoje. Ainda assim, foi necessário esperar mais de um século - já no nosso séc. XXI - para que voltassem a receber atenção, especialmente no contexto dos automóveis elétricos.
Apesar de ainda estarem a alguns anos de distância de equipar carros elétricos produzidos em massa, as baterias de estado sólido já aparecem em aplicações atuais, como identificadores por radiofrequência (RFID), tecnologia wearable e pilhas pequenas, como as usadas em relógios.
O próximo passo é chegar às quatro rodas, o que exige baterias muito maiores - e isso traz uma nova leva de desafios.
Vantagens das baterias de estado sólido
A seguir, veja os principais benefícios das baterias de estado sólido em relação às baterias de íons de lítio.
Maior densidade energética. As baterias de estado sólido têm potencial para entregar maior densidade energética (Wh/kg) porque o eletrólito sólido é mais compacto. Na prática, isso abre espaço para armazenar mais energia no mesmo volume - entre duas vezes a 10 vezes mais - quando comparado às baterias de íons de lítio.
Mais segurança. Ao adotar um eletrólito sólido, desaparece o risco de vazamento de líquido - por exemplo, em um acidente -, o que reduz de forma relevante a chance de incêndio.
Vida útil mais longa. A expectativa é que as baterias de estado sólido também durem mais do que as de íons de lítio. Por terem maior estabilidade química, tendem a sofrer menos com a degradação associada aos ciclos de carga e descarga.
Recargas mais rápidas. Essa estabilidade química superior também favorece tempos de recarga menores. Além disso, o gerenciamento térmico pode ser mais simples - com menor necessidade de tantos sistemas de monitoramento e controle -, o que também contribui para elevar a eficiência.
O grande problema desta tecnologia
Mesmo com as vantagens listadas, a tecnologia de baterias de estado sólido ainda não saiu da “teoria” para a “prática”. Ou seja: ainda não está presente nos carros elétricos comercializados hoje. Antes de ganhar escala e virar produto de mercado, ela precisa superar diversos obstáculos.
Custos. Como era de se esperar, o maior entrave no momento é o custo. Esse custo extra pode ser entendido em duas frentes: matérias-primas e construção.
No primeiro ponto, as baterias de estado sólido recorrem a ânodos de alta densidade, e o lítio tem sido o material preferido para essa função. Com isso, elas exigem mais lítio do que as baterias de íons de lítio - e isso pesa. O preço do lítio tende a subir (a demanda cresce mais rápido do que a oferta), e a adoção das baterias de estado sólido pode intensificar essa pressão.
Para complicar ainda mais, o método de fabricação é totalmente diferente do empregado nas baterias de íons de lítio atuais. Em outras palavras, serão necessárias novas fábricas e novos processos para, só então, alcançar os ganhos de escala que as baterias de íons de lítio começam a conquistar.
Embora várias marcas já tenham exibido protótipos de baterias de estado sólido, nenhuma delas ainda conseguiu passar pela “prova” da produção em larga escala.
Degradação rápida. Não é contradição: antes foi dito que as baterias de estado sólido podem durar mais do que as de íons de lítio, mas, ao usarem ânodos de alumínio, compartilham um problema conhecido: a formação de dendrites.
Dendrites são filamentos de lítio que podem surgir quando a bateria é carregada ou descarregada rapidamente. Eles têm sido associados a curtos-circuitos internos e até a explosões em baterias de íons de lítio.
Como a maioria das baterias de estado sólido conhecidas utiliza ânodos de lítio, a criação de dendrites é uma possibilidade relevante, com risco de romper o eletrólito sólido e provocar curto-circuito. O caminho para contornar isso passa por empregar outro material no ânodo ou, alternativamente, eliminar o ânodo - como promete a QuantumScape:
Quando chegam?
Apesar dos desafios, eles não são impossíveis de superar; basta observar o quanto as baterias de íons de lítio evoluíram em apenas uma década. O potencial das baterias de estado sólido é enorme, e muita gente enxerga essa tecnologia como o futuro dos carros 100% elétricos.
Ainda assim, esse futuro só deve se tornar concreto no fim desta década, quando marcas como Toyota, Nissan ou BMW consideram lançar os primeiros modelos com essa tecnologia.
Em um cenário em que a química das baterias apresenta novidades ano após ano, será que as baterias de estado sólido vão mesmo se materializar ou vão “evaporar” como uma promessa nunca cumprida? A resposta a esta questão chega nos próximos anos.
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