Desvendando os segredos das baterias de lítio ternárias

No cenário em evolução do armazenamento de energia e dos veículos elétricos, a bateria ternária de lítio se destaca como uma inovação fundamental. Como um tipo único de bateria de íons de lítio, ela aproveita as forças combinadas de três metais – níquel, cobalto e manganês – em seu eletrodo positivo. Essa mistura não apenas melhora o desempenho da bateria, mas também equilibra segurança, capacidade e acessibilidade. Em um mundo cada vez mais focado em soluções energéticas sustentáveis e eficientes, compreender as complexidades e o potencial das baterias ternárias de lítio é mais importante do que nunca.

Sob as políticas verdes, as regras chinesas e os limites para carros urbanos, os carros de nova energia estão substituindo os antigos carros a gasolina. Cada vez mais carros elétricos fazem parte do nosso cotidiano. Em junho de 2019, havia cerca de 3,44 milhões de carros de nova energia na China. Isso significa que o crescimento do mercado de carros elétricos está acelerado. As grandes marcas de automóveis estão produzindo muitos novos modelos de carros elétricos. Elas produzem mais para conquistar o mercado. A bateria é um componente fundamental dos carros elétricos. As pessoas pensam nela primeiro, pois resolve o maior problema do carro: sua autonomia.

1. Compreendendo o poder das baterias ternárias de lítio

Vamos falar sobre baterias de carro, começando pelos carros a gasolina. Carros a gasolina e carros elétricos novos usam baterias diferentes. Carros a gasolina têm baterias de chumbo-ácido ou baterias sem manutenção. As pessoas as chamam de baterias de carro. Elas carregam rápido e dão partida nos motores. Mas duram pouco, cerca de 2 a 3 anos, e são grandes. Não funcionam para carros elétricos de longo alcance. A maioria dos carros elétricos agora usa um tipo de bateria chamada lítio ternária.

Baterias ternárias de lítio Use níquel, cobalto, manganês ou níquel-cobalto-alumínio. Você pode variar a mistura desses metais. Essas baterias têm mais energia, acima de 200 Wh/kg. Elas também têm uma voltagem mais alta. Assim, os carros podem ir mais longe e mais rápido com elas. Como os carros têm espaço limitado, esse tipo de bateria é uma boa opção.

Tomemos como exemplo a Tesla. Eles usam a bateria ternária de lítio 18650 da Panasonic. Após a fabricação do Modelo 3, eles usam uma nova bateria, a 21700. O nome 18650 significa que ela tem 18 mm de largura e 65 mm de comprimento. A bateria 21700 tem cerca de 300 Wh/kg de energia, 201 TP3T a mais que a antiga bateria 18650.

2. O que é bateria de lítio ternária?

Uma bateria ternária de lítio é um tipo de bateria de íons de lítio. Ela é única porque utiliza uma mistura de três metais – níquel, cobalto e manganês – em seu eletrodo positivo. Essa mistura especial reúne as melhores qualidades desses metais. Ela oferece o desempenho confiável do ciclo encontrado no cobaltato de lítio, a impressionante capacidade do níquelato de lítio e combina tudo isso com a segurança e o preço acessível do manganato de lítio.

3. Compreendendo as vantagens da bateria de lítio ternária

Alta densidade energética

As baterias ternárias de lítio se destacam por apresentarem a maior densidade energética entre as baterias. Isso significa que podem armazenar mais energia em um espaço menor. Por exemplo, o Tesla Model Y usa uma bateria ternária e pode percorrer até 440 quilômetros com uma única carga.

Alta Tensão de Descarga

A tensão de descarga de uma única bateria ternária de lítio é de cerca de 3,7 V, superior aos 3,2 V das baterias LiFePO4 e aos 2,3 V das baterias de titanato de lítio. Uma tensão de descarga mais alta significa que essas baterias podem armazenar mais energia, resultando em maior vida útil para baterias do mesmo tamanho e peso.

Ciclo de vida mais longo

Geralmente, o ciclo de vida de uma bateria ternária de lítio varia entre 800 a 1.000 usos.

Ecológico e reciclável

As baterias ternárias de lítio são mais ecológicas em comparação com as baterias de chumbo-ácido. Elas têm uma eficiência de reciclagem de mais de 95%, o que as torna uma opção mais sustentável e com menor impacto ambiental.

4. Baterias Ternárias de Lítio: Limitações a Conhecer

Preocupações com a segurança

Uma das principais desvantagens das baterias ternárias de lítio é a sua segurança. A estrutura dessas baterias é menos estável em comparação com outros tipos, o que pode levar a problemas de segurança. Há risco de incêndio, especialmente quando a bateria sofre impactos ou é exposta a altas temperaturas continuamente.

Desafios de resistência ao calor

Baterias ternárias de lítio também apresentam dificuldades com a resistência ao calor. São mais suscetíveis a danos e riscos potenciais quando expostas a altas temperaturas.

Vida útil mais curta

Em comparação com as baterias de fosfato de ferro-lítio, as baterias ternárias de lítio têm uma vida útil mais curta. Enquanto uma bateria LiFePO4 pode durar de 2.000 a 6.000 ciclos, as baterias ternárias de lítio normalmente atingem apenas cerca de 800 a 1.000 ciclos.

Limitações na descarga de alta potência

Outra limitação das baterias ternárias de lítio é seu desempenho em situações de descarga de alta potência. Elas são menos capazes de lidar com altas demandas de energia com eficiência.

Riscos de toxicidade e alta temperatura

Os elementos utilizados em baterias ternárias de lítio podem ser tóxicos, e essas baterias são propensas a aumentos bruscos de temperatura durante ciclos de carga e descarga de alta potência. A liberação de oxigênio em altas temperaturas pode levar a riscos de combustão.

5. Ciclo de vida da bateria ternária de lítio explicado

O que significa ciclo de vida para baterias de lítio ternárias?

A vida útil de uma bateria ternária de lítio refere-se à duração da bateria antes que sua capacidade caia para 70% de sua capacidade original. Essa vida útil é testada em condições específicas: à temperatura ambiente (25 °C), à pressão atmosférica padrão e usando uma taxa de descarga de 0,2 °C. Geralmente, a vida útil das baterias de lítio é medida pelo número de ciclos de carga e descarga que elas podem suportar.

Comparando a vida útil de diferentes baterias

Uma bateria ternária de lítio média tem uma vida útil de cerca de 800 ciclos, o que é moderado em comparação com outros tipos de baterias de lítio. Por exemplo, baterias de fosfato de ferro-lítio podem durar de 2.000 a 6.000 ciclos, enquanto baterias de titanato de lítio podem atingir de 10.000 a 25.000 ciclos.

Fatores que afetam a vida útil do ciclo

A vida útil de uma bateria também depende de vários fatores, como o ambiente de uso, a taxa de descarga e a consistência da bateria. A vida útil mais longa é normalmente alcançada a uma temperatura ambiente de 25 graus Celsius. Temperaturas mais altas ou mais baixas podem reduzir a vida útil da bateria. Idealmente, uma corrente de descarga de 0,2 °C é a melhor para maximizar a vida útil de uma bateria de lítio. Altos níveis de corrente podem danificar a estrutura interna da bateria, resultando em uma vida útil mais curta.

6. Liderança da China em tecnologia de baterias: CATL e BYD crescem

China lidera em tecnologia de bateriasEmpresas como CATL e BYD são as principais participantes. Atualmente, montadoras chinesas como GAC e Nio e marcas globais como Mercedes e Volkswagen usam a bateria NCM811 da CATL. A NCM811 é um tipo de bateria ternária de lítio. Essa bateria usa níquel, cobalto e manganês. O "811" indica a mistura: 80% níquel, 10% cobalto, 10% manganês. "NCM" representa esses metais. Existem outras baterias, como a NCM523 e a NCM622. Muitas usam a bateria NCM532. Mas a nova CATL NCM811 tem 304 Wh/kg de energia. Isso significa que os carros que a utilizam podem ir mais longe.

7. O Desafio da Bateria: O Maior Obstáculo dos Carros Elétricos

O maior problema dos carros elétricos é a duração da bateria. Em suma, a tecnologia de baterias precisa ser aprimorada. As baterias ternárias de lítio atuais são estáveis e robustas. No entanto, elas podem ser carregadas e descarregadas cerca de 2.000 vezes. Se usadas intensamente ou não carregadas completamente, elas se desgastam mais rapidamente. Quando a duração da bateria é inferior a 70%, ela está esgotada. A única solução é uma bateria nova.

A China tem regras para isso. As montadoras devem oferecer uma garantia de 8 anos ou 120.000 quilômetros para peças essenciais, como baterias. O que acontece depois disso? Se houver danos ou desgaste, os proprietários pagam pela substituição. Mas vale a pena? Uma bateria nova pode custar mais do que o valor do carro. As baterias são o componente mais caro dos carros elétricos.

Carros elétricos novos são mais baratos devido aos subsídios da China. Mas não há subsídio apenas para uma bateria nova. E baterias são caras. Por exemplo, a bateria de 60 kWh da BYD custa cerca de $14.000. A bateria de 70 kWh da Nio custa o mesmo. O custo da Tesla é estimado em $141 por kWh. Portanto, a bateria de 60 kWh para o Modelo 3 pode custar cerca de $11.000. Considerando uma vida útil de 5 a 10 anos, vale a pena substituir a bateria após 5 anos? Essa é uma grande questão.

8. Protegendo o Meio Ambiente: Como Lidar com Pilhas e Baterias

Por que pressionar por carros de nova energia? Pelo meio ambiente. Mas baterias também podem poluir. E quanto às baterias de carros antigos? Há muitas delas agora. Na China, há uma maneira de lidar com elas. Em agosto de 2018, a China iniciou um programa. Trata-se de reciclagem de baterias de carro. Eles querem que as empresas trabalhem juntas. A principal empresa é a Tower Company. Eles lideram na China. A Tower Energy trabalha com muitas montadoras. Eles têm 2.075 pontos de reciclagem em 31 locais. Eles se concentram em reutilizar baterias.

Como eles lidam com baterias velhas? Primeiro, eles as coletam e verificam. Depois, elas as classificam. Algumas baterias não podem ser usadas novamente. Eles as decompõem. Eles extraem metais delas. Essas baterias contêm substâncias nocivas, como mercúrio, chumbo, cobre e muito mais. Descartá-las é prejudicial à natureza. Portanto, eles devem ter cuidado. Se uma bateria ainda estiver boa, ela é reutilizada. Baterias velhas, mas funcionando, são vendidas para diferentes empresas. Elas podem ser usadas em grandes caminhões elétricos ou armazenadas para gerar energia. Locais como redes elétricas as utilizam. O mesmo acontece com barragens e postes de iluminação pública movidos a energia solar.

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