Explorando tipos de baterias de íons de lítio para ESS

Stéphane Melançon, especialista em baterias e entusiasta da eletricidade da Laserax nos EUA, conversou sobre os recursos de diferentes tecnologias de íons de lítio e como podemos compará-las.

As baterias de íons de lítio (Li-ion) nem sempre foram as principais opções. Muitas vezes eram ignorados porque custavam muito caro. Durante muito tempo, as baterias de chumbo-ácido assumiram a liderança no mercado de Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS). Eles eram mais confiáveis ​​e custavam menos.

Fabricantes de baterias, produtores de carros elétricos e gigantes da energia como LG Chem e Panasonic investiram bilhões na pesquisa de soluções energéticas. Isso inclui tecnologia de bateria e maneiras de fabricá-las. Eles fizeram isso para atender à enorme necessidade de baterias de íon-lítio. Isso tornou as baterias de íon-lítio ESS mais baratas e maiores em tamanho, permitindo-lhes conquistar uma fatia maior de um mercado crescente.

Neste artigo, mergulharemos em seis tipos principais de baterias de íon-lítio. Analisaremos o seu potencial no ESS, o que constitui uma boa bateria para o ESS e o papel que outras fontes de energia desempenham.

1. Um mergulho profundo nos tipos de baterias de íons de lítio

1.1 Fosfato de Lítio e Ferro (LFP)

As baterias LFP são líderes no mundo ESS. Eles são uma opção mais limpa porque o LFP usa ferro. Comparado ao cobalto e ao níquel, o ferro é uma escolha mais ecológica. O ferro também é mais barato e fácil de encontrar, o que reduz os custos. Fazê-los também custa menos.

O chefe da Tesla, Elon Musk, acha que todos os itens de armazenamento fixo mudarão para a química da bateria LFP.

Os LFPs não possuem tanta potência para seu tamanho. Mas isso não é um grande problema para o ESS como é para os carros elétricos, já que o ESS pode se espalhar mais. Claro, as baterias LFP pesam mais, mas isso é apenas um problema de instalação. Eles também são mais seguros, com menos risco de superaquecimento e duram mais com 2.000 a 5.000 ciclos. A bateria MANLY é profissionalfornecedor de bateriae oferece maior desempenho e bateria LiFePO4 mais segura. Experimente a longevidade das nossas baterias, com 8.000 ciclos e respaldadas por uma garantia de uma década.

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1.2 Lítio Níquel Manganês Cobalto (NMC)

As baterias NMC são as favoritas de íons de lítio por boas razões. Eles são cheios de energia e são mais seguros quando se trata de superaquecimento.

Mas eles não duram tanto quanto os LFPs, geralmente entre 1.000 e 2.000 ciclos.

Eles também precisam de cobalto e níquel. Estes são mais caros e não tão ecológicos. Há preocupações quanto à escassez desses minerais, o que poderia aumentar os custos e limitar a oferta.

1.3 Lítio Níquel Cobalto Alumínio (NCA)

As baterias NCA são como NMCs, mas com alterações importantes. Eles armazenam mais energia para seu tamanho, mas podem superaquecer mais facilmente. Assim como os NMCs, eles duram cerca de 1.000 a 2.000 ciclos e precisam de cobalto e níquel.

1.4 Óxido de Lítio Manganês (OML)

Os OVMs perderam a calma rapidamente. Eles são como LFPs, mas não duram tanto, geralmente apenas 500-800 ciclos.

Eles custam um pouco menos para serem produzidos do que os LFPs, mas sua vida útil mais curta aumenta os custos a longo prazo.

Os LMOs carregam rapidamente, têm potência sólida e funcionam bem mesmo quando está quente. Eles estão principalmente em ferramentas portáteis, equipamentos médicos e alguns carros elétricos.

1,5 Óxido de Lítio-Cobalto (LCO)

LCOs estão entre os primeiros tipos de íons de lítio. Eles são comuns em laptops e telefones com baixa necessidade de energia. Eles são ótimos para configurações de luz sem precisar de muita energia, pois mantêm a energia fluindo por um tempo.

Porém, os LCOs têm uma vida curta, geralmente de 500 a 1.000 ciclos, e não suportam o calor. É por isso que eles são proibidos para o ESS.

1.6 Titanato de Lítio (LTO)

LTOs são de longa duração, com até 10.000 ciclos e poluem menos do que a maioria das outras baterias. Eles aumentam rapidamente, mas isso pode não ser obrigatório para o ESS.

Eles não armazenam muita energia para seu tamanho, o que os torna caros. Por exemplo, enquanto outras baterias armazenam de 120 a 500 watts-hora por quilo, as LTOs armazenam cerca de 50 a 80.

2. Fatores-chave para maximizar a produção da bateria ESS

2.1 Alta contagem de ciclos:

Diferentes baterias têm vida útil variada com base em quantos ciclos de carga e descarga podem completar antes de apresentarem perda significativa de desempenho. As baterias EV modernas duram mais. As garantias típicas das baterias dos fabricantes de automóveis são de cerca de oito anos ou 160.000 milhas, mas depende muito do tipo de bateria usada para armazenamento.

Os sistemas de armazenamento de energia necessitam de um ciclo de vida elevado, pois funcionam continuamente, carregando e descarregando. A capacidade da bateria diminui a cada ciclo de carga e descarga. Quando uma bateria de íons de lítio consegue reter apenas 70% a 80% de sua capacidade, ela atingiu sua vida útil. As melhores baterias de íon de lítio podem funcionar por até 10.000 ciclos, enquanto as mais baratas duram cerca de 500 ciclos.

2.2 Potência de Pico:

Os sistemas de armazenamento de energia precisam suportar picos na demanda de energia, pois são usados ​​para atender às necessidades de energia durante os horários de pico de demanda da rede.

As demandas de energia não são consistentes, mas o ESS pode alterar os tempos de carregamento para quando a energia estiver mais barata ou mais disponível. Ao armazenar energia durante períodos de baixa demanda e liberá-la quando necessário, os custos podem ser significativamente reduzidos.

2.3 Baixo custo de produção:

Os sistemas de armazenamento de energia requerem muitas baterias para atender às demandas de energia. Por exemplo, a quantidade de energia utilizada por hora é medida em megawatts-hora (MWh). Para baterias EV, é em quilowatts-hora (kWh). Isso é uma diferença de 1.000 vezes!

Dado o grande número de baterias necessárias para o ESS, tecnologias de baterias mais caras não são economicamente viáveis.

3. Abordando a preocupação de fuga térmica em baterias

A fuga térmica continua a ser uma preocupação premente. Quando as baterias de íons de lítio atingem um estado de autoaquecimento descontrolado, elas podem causar incêndios, fumaça e ejeção de gases, partículas e estilhaços.

Diferentes tipos de baterias de íon-lítio apresentam fuga térmica em temperaturas variadas. Por exemplo, NCA, NMC e LCO são tipos de baterias de íons de lítio que apresentam risco de fuga térmica em temperaturas mais baixas. As baterias LFP são as mais seguras.

4. Por que o ESS não se preocupa com as dimensões e o peso da bateria

Ao contrário dos veículos eléctricos, onde o peso e o tamanho necessitam de uma gestão cuidadosa, estes factores não são vitais no funcionamento dos Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS). Isso ocorre porque esses dispositivos normalmente ficam alojados em contêineres ou unidades de armazenamento.

O custo do terreno para instalação do ESS geralmente é mínimo, tornando o tamanho da bateria um fator menor no gasto geral. O peso não é uma preocupação, pois não influencia o desempenho da bateria como acontece nos veículos elétricos.

5. Baterias ESS e LFP: cruciais para o futuro da energia alternativa

A demanda por eletricidade está disparando. Na verdade, a McKinsey prevê que, até 2050, o consumo global de electricidade duplicará. Tudo o que utilizamos requer energia e os veículos eléctricos aumentam a carga da rede.

As formas tradicionais de energia como a nuclear, a hidroeléctrica e o carvão são insuficientes para satisfazer a crescente procura. Muitos países enfrentam obstáculos regulamentares e restrições de construção significativos. Mesmo que estes possam ser eliminados, a infra-estrutura poderá levar uma década ou mais a ser estabelecida.

Fontes de energia alternativas como a eólica e a solar, com requisitos mais simples e apoio público crescente, podem normalmente ser criadas mais rapidamente. A Agência Internacional de Energia (AIE) sublinha o aumento da energia limpa, antecipando um aumento de um terço da capacidade entre 2022 e 2023.

Embora as energias alternativas possam desempenhar um papel fundamental no nosso futuro, elas dependem do clima. Eles não conseguem produzir energia de forma consistente, necessitando do ESS para armazenar energia, atender aos ciclos de pico de demanda e fornecer energia durante condições climáticas adversas.

Os sistemas de armazenamento de energia também podem nivelar os picos de energia, aumentando a eficiência da usina. Eles ajudam no fornecimento de eletricidade mais consistente e estável, prolongando a vida útil das usinas.

Tudo isso indica que as baterias de fosfato de ferro e lítio (LFP) são uma escolha promissora para o futuro. O LFP oferece um alto ciclo de vida, baixos custos de produção e risco mínimo de fuga térmica, tornando-os ideais para requisitos de ESS.

Recentemente, surgiram baterias LMFP, uma variante LFP com manganês como componente catódico, apresentando forte desempenho em veículos elétricos. Dados os seus custos de produção, esta nova química de bateria poderia ser uma solução competitiva para sistemas de armazenamento de energia.