Por que a China pode dominar a produção de baterias de íons de lítio

A bateria de íon de lítio é a ideal?

Durante muitos anos, o níquel-cádmio foi a única bateria adequada para equipamentos portáteis, desde comunicações sem fio até computação móvel. O hidreto metálico de níquel e o íon de lítio surgiram no início da década de 1990, lutando cara a cara para obter a aceitação do cliente. Hoje, o íon-lítio é o produto químico de bateria mais promissor e de crescimento mais rápido.

O mundo está se tornando cada vez mais eletrificado. Não só os países em desenvolvimento estão a aumentar a disponibilidade de electricidade para as suas populações, mas a electrificação das infra-estruturas de transporte existentes está a avançar a um ritmo rápido. Em 2040, prevê-se que mais de metade dos carros nas estradas sejam movidos a eletricidade.

Uma breve história das baterias

As baterias fazem parte do nosso dia a dia há muito tempo. A primeira bateria verdadeira do mundo foi inventada em 1800 pelo físico italiano Alessandro Volta. A invenção representou um avanço notável, mas desde então houve apenas um punhado de inovações significativas.

A primeira foi a bateria de chumbo-ácido, inventada em 1859. Esta foi a primeira bateria recarregável e ainda hoje é a bateria mais comum usada para dar partida em motores de combustão interna.

Houve alguns designs inovadores de baterias nos últimos dois séculos, mas foi somente em 1980 que uma verdadeira virada de jogo foi inventada. Foi então que avanços na Universidade de Oxford e na Universidade de Stanford levaram ao desenvolvimento da bateria de íons de lítio. A Sony comercializou a primeira bateria de íons de lítio em 1991.

O que há de tão especial no lítio?

O lítio é um metal especial em vários aspectos. É leve e macio - tão macio que pode ser cortado com uma faca de cozinha e com densidade tão baixa que flutua na água. Também é sólido em uma ampla faixa de temperaturas, com um dos pontos de fusão mais baixos de todos os metais e um alto ponto de ebulição.

Assim como seu companheiro de metal alcalino, o sódio, o lítio reage com a água de forma vistosa. A combinação de Li e H2O forma hidróxido de lítio e hidrogênio, que normalmente explode em chama vermelha.

Há muitos aspectos a Bateria de íon de lítio segurança em todos os seus processos de design, incluindo estrutura segura da bateria, matérias-primas seguras, funções de proteção e certificações de segurança. Quando entrevistado pela China Electronics News, o Sr. Su Jinran, engenheiro-chefe adjunto, disse que a segurança do produto começou no design do produto, portanto, a seleção dos materiais de eletrodo, separadores e eletrólitos corretos é a primeira prioridade para o design seguro da bateria. Para materiais de ânodo de bateria, materiais ternários, manganês-lítio e fosfato de ferro-lítio, que têm sido amplamente utilizados no projeto de baterias e apresentam desempenho satisfatório, são mais seguros do que o tradicional cobaltato de lítio e níquel-lítio.

As baterias de íon de lítio são populares porque apresentam uma série de vantagens importantes sobre as tecnologias concorrentes:

● Geralmente são muito mais leves que outros tipos de baterias recarregáveis ​​do mesmo tamanho. Os eletrodos de uma bateria de íons de lítio são feitos de lítio leve e carbono. O lítio também é um elemento altamente reativo, o que significa que muita energia pode ser armazenada em suas ligações atômicas. Isto se traduz em uma densidade de energia muito alta para baterias de íons de lítio. Aqui está uma maneira de obter uma perspectiva sobre a densidade de energia. Uma bateria típica de íons de lítio pode armazenar 150 watts-hora de eletricidade em 1 quilograma de bateria. Uma bateria NiMH (hidreto metálico de níquel) pode armazenar talvez 100 watts-hora por quilograma, embora 60 a 70 watts-hora possam ser mais comuns. Uma bateria de chumbo-ácido pode armazenar apenas 25 watts-hora por quilograma. Usando a tecnologia de chumbo-ácido, são necessários 6 quilogramas para armazenar a mesma quantidade de energia que uma bateria de íons de lítio de 1 quilograma pode suportar. Essa é uma grande diferença [fonte: Everything2.com ].

● Eles mantêm o seu comando. Uma bateria de íons de lítio perde apenas cerca de 5% de sua carga por mês, em comparação com uma perda de 20% por mês para baterias NiMH.

● Elas não têm efeito memória, o que significa que você não precisa descarregá-las completamente antes de recarregá-las, como acontece com algumas outras substâncias químicas da bateria.

● As baterias de íons de lítio podem suportar centenas de ciclos de carga/descarga.

● Isso não quer dizer que as baterias de íons de lítio sejam perfeitas. Eles também têm algumas desvantagens:

● Começam a degradar-se assim que saem da fábrica. Eles durarão apenas dois ou três anos a partir da data de fabricação, quer você os use ou não.

● São extremamente sensíveis a altas temperaturas. O calor faz com que as baterias de íons de lítio se degradem muito mais rápido do que normalmente.

● Se você descarregar completamente uma bateria de íons de lítio, ela ficará danificada.

● Uma bateria de íons de lítio deve ter um computador integrado para gerenciar a bateria. Isso os torna ainda mais caros do que já são.

● Existe uma pequena probabilidade de que, se uma bateria de iões de lítio falhar, esta incendie-se.

Definição de padrões baseados em inovação

Devido à complexidade do mecanismo de segurança das baterias de iões de lítio, especialmente o impacto na segurança após a reutilização das baterias, o processo de compreensão da segurança das baterias de iões de lítio e de definição dos seus padrões deve ser gradual e progressivo. E o desenvolvimento e aplicação de técnicas de controlo externo também devem ser considerados. Su sugeriu que como configuração Bateria de íon de lítio padrões de segurança é um trabalho altamente técnico, tanto profissionais de normalização de órgãos de padronização de baterias quanto especialistas técnicos da indústria de baterias, usuários e áreas de controle eletrônico devem participar do processo, incluindo trabalhos de verificação experimental.

O engenheiro sênior do Instituto de Padronização Eletrônica da China, Sr. Sun Chuanhao, disse que as baterias de íons de lítio atualmente podem ser divididas em tipos de energia e tipos de energia. Como esses dois produtos apresentam diferenças em materiais e estruturas de projeto, seus métodos e requisitos de teste são diferentes, mesmo sob as mesmas condições de segurança. As chamadas baterias portáteis pertencem ao tipo de energia, incluindo baterias de íons de lítio usadas em telefones celulares, laptops, câmeras digitais e câmeras de vídeo, enquanto a bateria do tipo energia é para ferramentas elétricas, bicicletas elétricas e veículos elétricos.

De acordo com a organização de pesquisa BloombergNEF, o preço médio ponderado pelo volume da bateria de íons de lítio (que inclui a célula e a bateria) caiu 85% entre 2010 e 2018, atingindo uma média de US$ 176/kWh. A BloombergNEF projeta ainda que os preços cairão para US$ 94/kWh até 2024 e US$ 62/kWh até 2030.

Esta curva de custos decrescentes tem implicações importantes para qualquer empresa que utilize baterias nos seus serviços, ou para aquelas que tenham necessidade de armazenar energia (por exemplo, produtores de energia). Até à data, a maior parte das vendas de baterias de iões de lítio tem ocorrido no setor da eletrónica de consumo, mas as vendas futuras serão cada vez mais impulsionadas por carros elétricos.

A maioria dos carros nas estradas hoje ainda utiliza uma bateria de chumbo-ácido e um motor de combustão interna. Mas as vendas de veículos eléctricos – alimentados por baterias de iões de lítio – aumentaram mais de dez vezes nos últimos cinco anos. Além disso, cada vez mais países estão a impor proibições futuras aos automóveis baseados na combustão interna, com a expectativa de que os veículos eléctricos acabem por dominar o transporte pessoal.

Isto, claro, significa uma procura futura muito maior por baterias. Tanto é assim que a fabricante de veículos eléctricos Tesla, em parceria com a Panasonic, está a investir milhares de milhões de dólares para construir novas fábricas de baterias de iões de lítio. No entanto, os produtores de baterias de iões de lítio dos EUA estão a ficar para trás em termos de quota de mercado.

Um mercado em crescimento relacionado para baterias de íons de lítio está em aplicações industriais pesadas, como empilhadeiras, varredoras e lavadoras, aplicações de apoio terrestre em aeroportos e veículos guiados automaticamente (AGVs). Estas aplicações de nicho têm sido historicamente atendidas por baterias de chumbo-ácido e motores de combustão interna, mas a economia mudou rapidamente em favor das baterias de íon-lítio.

China no banco do motorista

De acordo com uma análise da BloombergNEF, no início de 2019 havia 316 gigawatts-hora (GWh) de capacidade global de produção de células de lítio. A China detém 73% desta capacidade, seguida pelos EUA, muito atrás, em segundo lugar, com 12% da capacidade global.

A capacidade global deverá crescer de forma robusta até 2025, quando a BloombergNEF prevê 1.211 GWh de capacidade global. Prevê-se que a capacidade nos EUA cresça, mas mais lentamente do que a capacidade global. Assim, prevê-se que a participação dos EUA na produção global de células de lítio diminua.

A Tesla está a tentar resolver este problema construindo as suas próprias fábricas de baterias, mas para empresas que fornecem uma vasta gama destes tipos de baterias, como a OneCharge, com sede na Califórnia, encontrar fornecedores locais tem-se revelado um desafio. Falei recentemente com o CEO da OneCharge, Alex Pisarev, que destacou os desafios que sua empresa enfrentou:

“Os fabricantes americanos ficariam felizes em usar células de íons de lítio fabricadas nos EUA”, disse-me Pisarev, “mas isso não é realista hoje. Portanto, temos que continuar a importá-los da China.”

A China está seguindo o mesmo caminho que fez anteriormente com os painéis solares. Embora as células solares tenham sido inventadas pelo engenheiro americano Russell Ohl, hoje a China domina o mercado global de painéis solares. Agora a China está focada em controlar a produção mundial de baterias de íon de lítio.

Será preferível ter as tecnologias verdes mais baratas possíveis, mesmo que isso signifique entregar a produção a outros países? Os baixos preços dos painéis solares ajudaram a impulsionar uma explosão de novo crescimento da energia solar fotovoltaica, o que, por sua vez, apoiou muitos empregos nos EUA. Mas a maior parte desses painéis é fabricada na China. A administração Trump tentou resolver esta questão através da imposição de tarifas sobre painéis solares importados, mas estas tarifas foram vigorosamente contestadas pela maior parte da indústria solar dos EUA.

A China tem uma grande vantagem de mão-de-obra barata, o que lhe permitiu dominar muitas indústrias transformadoras. Mas a China também tem mais reservas de lítio e uma produção de lítio muito maior do que os EUA. Em 2018, a produção chinesa de lítio foi de 8.000 toneladas métricas, a terceira entre todos os países e quase dez vezes a produção de lítio dos EUA. As reservas chinesas de lítio em 2018 eram de um milhão de toneladas métricas, quase 30 vezes os níveis dos EUA.

O caminho a seguir

As tendências sinalizam que as baterias de iões de lítio substituirão cada vez mais as baterias de chumbo-ácido nos setores dos transportes e dos equipamentos pesados. Este é um desenvolvimento crítico num mundo que enfrenta emissões recordes de dióxido de carbono.

Mas com esta vantagem tanto em termos de custos de produção como de disponibilidade de matérias-primas, poderão os EUA competir com a China no mercado mundial? Caso contrário, à medida que um número crescente de baterias de iões de lítio atinge o fim da sua vida útil, poderão os EUA desenvolver um mercado competitivo para o lítio reciclado?

Estas são questões importantes que precisam ser abordadas.

Não está claro como a China irá lidar com tais desafios, mas dada a sua busca incansável pelo lítio e a importância estratégica que atribui ao metal, serão sem dúvida encontradas soluções. Em muitos aspectos, a adesão da China aos transportes verdes é positiva, pois expande o interesse no sector e estimula as nações concorrentes a tentarem recuperar o atraso em termos da sua quota de fornecimento de lítio e do mercado de baterias recarregáveis. O perigo é que continuem a ficar para trás, deixando a China com o monopólio sobre o que poderá em breve tornar-se um sector de transportes convencional.

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