Numa altura em que os Veículos Elétricos (VE) ganham cada vez mais peso na sociedade atual, a Mercedes-Benz decidiu dar a conhecer, não apenas o ponto em que se encontra a sua investigação no domínio das baterias, mas também o futuro destes componentes "essenciais" na afirmação da Mobilidade Elétrica. Futuro que, acredita a Daimler, poderá muito bem vir a ser impulsionado por uma revolucionária bateria orgânica.
Responsável pela pesquisa no domínio das células de bateria, no seio do construtor automóvel alemão Daimler, Andreas Hintennach foi a individualidade escolhida para, numa entrevista realizada internamente, explicar a forma como este fabricante está a encarar a mobilidade elétrica.
Não deixando de apontar as baterias como o "elemento essencial", nos esforços de afirmação dos Veículos Elétricos, este especialista alemão desvendou, não somente a forma como a Mercedes-Benz encara toda esta problemática, mas também quais os caminhos que, na opinião do fabricante, poderão vir a resultar em soluções, no futuro.
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Para Andreas Hintennach, "a tecnologia das baterias é um elemento essencial da mobilidade elétrica e parte integrante da arquitetura do veículo", motivo pelo qual, tanto a Daimler, como a Mercedes-Benz tem procurado abranger "todas as etapas, desde a pesquisa até a maturidade da produção".
"As nossas atividades incluem a otimização contínua da atual geração de sistemas de bateria de iões de lítio, o desenvolvimento adicional de células disponíveis no mercado mundial e a pesquisa de sistemas de bateria de próxima geração", revela. Acrescentando que "também estamos a trabalhar no sistema de gestão de bateria, que é um computador complexo no qual existem sempre melhorias a fazer. A gestão térmica também é um tópico importante, responsável pela vida útil e também pelo desempenho da bateria".
Então, qual é o vosso principal foco?
Enquanto o nosso novo modelo de Mercedes-Benz EQC está a ser apresentado aos mercados, estamos a preparar o caminho para as próximas gerações de veículos elétricos com baterias. As baterias de iões de lítio são o tipo mais comum usado atualmente em veículos elétricos. Nos próximos anos, essa tecnologia continuará a definir o ritmo - mas há mais por vir.[...] Estamos a trabalhar constantemente em inovação e alternativas além dos iões de lítio - principalmente quanto à densidade de energia e tempo de carregamento, mas também à sustentabilidade. Por exemplo, concordamos numa parceria de sustentabilidade com a Farasis Energy (Ganzhou) Co., Ltd. para adotar uma abordagem holística em toda a cadeia de valor: parte das células da bateria para a próxima geração de veículos [...] EQ já devem ser produzidas utilizando 100% de eletricidade proveniente de energias renováveis.
Portanto, é mais do que apenas aumentar o kWh por bateria?
A capacidade energética é importante, claro. Mas há mais: a segurança é um fator muito decisivo para nós. Alterações relacionadas com materiais poderiam proporcionar a obtenção de uma capacidade maior mas com comprometimentos em termos de segurança. Para nós, isso está definitivamente fora de questão. [...] E, é claro, as soluções que apresentamos devem ser sustentáveis.
A importância da sustentabilidade
Quão importante é a sustentabilidade no desenvolvimento?
A sustentabilidade tornou-se o princípio geral de qualquer atividade de desenvolvimento da Daimler. Como o fabrico de veículos exige naturalmente uma grande quantidade de matérias-primas, um dos nossos focos de desenvolvimento é minimizar a necessidade de recursos naturais, mas também aumentar a transparência. Durante o desenvolvimento, criamos um conceito para cada modelo de veículo no qual todos os componentes e materiais são analisados quanto à sua adequação no contexto de uma economia circular. No que diz respeito às baterias, esse conceito já é usado para pesquisas fundamentais em que materiais preciosos podem ser substituídos, minimizados ou usados com mais eficiência. Além disso, a reciclagem já é levada em consideração desde o início.
Qual é o impacto ambiental dos veículos elétricos? A propulsão elétrica tem um impacto comprovadamente pior do que os motores de combustão quando se trata de produção.
Os veículos movidos a bateria geram cerca de 40% menos emissões ao longo do seu ciclo de vida do que os veículos com motores a gasolina, e 30% menos que os veículos movidos a Diesel. E nesse cálculo, as nossas reduções de CO para a produção até 2039 e a reciclagem de matérias-primas, que serão incorporadas no ciclo de produção no futuro, são tidas em consideração. Ambos [os motores] melhorarão ainda mais a sustentabilidade de nossos veículos de forma integral e, ao fazê-lo, contribuirão para o nosso projeto "Ambition2039". Hoje, os nossos veículos já são 95% recuperáveis.
Quanto tempo levará até que um mercado para matérias-primas secundárias esteja em vigor?
Em oito a dez anos, haverá um número significativo de baterias de veículos disponíveis para reciclagem – em particular, cobalto, níquel, cobre e, posteriormente, silício serão reciclados. [...] Atualmente, fazemos isso com as nossas baterias de teste. [...] Mas é claro que estamos a fazer os possíveis para garantir que as baterias durem o maior tempo possível.
Como se faz uma bateria
Que materiais são usados na bateria?
Com a tecnologia de iões de lítio, a estrutura da célula é sempre semelhante, independentemente de ser um telemóvel ou uma bateria EV. Existem sempre duas chapas de metal, como cobre e alumínio. Entre as chapas de metal estão os dois polos entre os quais ocorre a reação elétrica. Para a reação, é necessário um metal reativo, como o lítio. O maior fator de custo é a composição do polo positivo da bateria, que consiste numa mistura de níquel, manganês e cobalto. O polo negativo é feito de pó de grafite, lítio, eletrólitos e um separador.
E onde é utilizado o silício?
O silício substituirá amplamente o pó de grafite no futuro. Isso permitirá aumentar a densidade de energia das baterias em cerca de 20 a 25%. O silício permite usar materiais no lado do cátodo que não são compatíveis com a grafite atualmente usada. Imagine dois copos - se quiser derramar água de um para o outro, o segundo deve ter pelo menos o mesmo tamanho, para que não transborde. Da mesma forma, o ânodo e o cátodo devem estar em equilíbrio. O silício também é usado, no entanto, para melhorar a velocidade do carregamento.
O cobalto é frequentemente associado a violações dos direitos humanos e danos no meio ambiente, relacionados com a sua extração, principalmente na República Democrática do Congo. [...] Poderá o cobalto ser substituído por outros materiais menos críticos?
Estamos em fase de pesquisa. Com a atual geração de células de bateria, já conseguimos reduzir a proporção de cobalto no material ativo (níquel, manganês, cobalto, lítio), de cerca de um terço, para menos de 20%. No laboratório, atualmente trabalhamos com menos de 10% e a participação deve cair ainda mais no futuro.
O que substituirá o cobalto e outros materiais como o lítio?
São materiais com base principalmente em manganês - uma matéria-prima menos problemática do ponto de vista ecológico e mais fácil de trabalhar. Excelentes instalações de reciclagem já existem para o manganês, porque este material é usado há décadas na produção de pilhas alcalinas (pilhas não recarregáveis). A tarefa dos investigadores é tornar esse tipo de bateria carregável. Esperamos que a tecnologia esteja pronta para o mercado na segunda metade da década de 2020. Outra alternativa é a bateria de lítio/enxofre. O enxofre é um resíduo industrial quase sem custos, muito puro e facilmente reciclável. Este material apresenta desafios significativos em relação à densidade de energia, mas também possui uma eco balança imbatível. No entanto, pode levar anos até que essa tecnologia esteja disponível para veículos ligeiros de passageiros.
O lítio também é objeto de críticas. Esta matéria-prima também pode ser substituída?
Pode. A bateria de magnésio-enxofre, por exemplo, não contém lítio. Estamos familiarizados com o magnésio de nossas vidas cotidianas na forma de giz.
Portanto, atualmente ainda não há alternativas para a bateria de iões de lítio?
Existem, em algumas aplicações. Existem até tecnologias que são superiores à bateria de iões de lítio. Isso incluem as baterias de estado sólido, que usaremos no nosso autocarro urbano Mercedes-Benz eCitaro, na segunda metade de 2020. [...] No entanto, a densidade de energia é menor, o que o torna relativamente grande e lento para carregar. É por isso que é bom para veículos comerciais, mas não para automóveis de passageiros. A bateria de iões de lítio estará connosco nos próximos anos.
As baterias de estado sólido são o futuro?
Não existe uma única tecnologia de iões pós-lítio. Sejam células com eletrólitos de estado sólido, ânodos de metal de lítio ou sistemas de enxofre de lítio - todas as tecnologias diferem nos seus requisitos específicos de material, nas suas aplicações e, pelo menos, no seu nível de maturidade. Cada tecnologia tem os seus prós e contras específicos. A boa notícia é que existem vários caminhos que reduzem o risco de uma potencial estrada sem saída no desenvolvimento. [...] Todas as baterias de estado sólido têm grandes vantagens quando se trata de segurança, mas ainda estamos a trabalhar em carregamento rápido e numa vida útil mais longa [...].
O futuro
E o que acontecerá mais adiante?
O enxofre-lítio é uma alternativa possível. Substituir o níquel e o cobalto das baterias de hoje por enxofre aumentaria significativamente a sustentabilidade. A densidade de energia também tem muito potencial, mas a vida útil ainda não é longa o suficiente e levará um tempo até que haja um avanço nessa área. Nas baterias de lítio-ar, existe realmente apenas lítio. O resto, o oxigénio, simplesmente vem do ar. Quimicamente, é um conceito semelhante ao que existe numa célula de combustível, onde estamos a utilizar hidrogénio. A densidade de energia seria excelente - mas essa tecnologia ainda está muito distante no caminho.
A tecnologia de bateria orgânica é realmente uma opção?
Com o VISION AVTR, a Mercedes-Benz apresenta uma visão sustentável da mobilidade livre de emissões - também no que diz respeito à tecnologia. Pela primeira vez, a sua revolucionária tecnologia de bateria consiste em química de células orgânicas baseada em grafeno e, portanto, não utiliza materiais raros, tóxicos ou caros, como metais. [...] Uma revolução absoluta é a 100% de reciclabilidade através da compostagem devido à materialidade - um excelente exemplo de uma futura economia circular no setor de matérias-primas. Além de uma densidade de energia exponencialmente alta, a tecnologia também impressiona com sua excecional capacidade de carregamento rápido. Atualmente, as baterias orgânicas fazem parte de nossa principal pesquisa, mas ainda levará vários anos até que possa ser estabelecido em veículos Mercedes-Benz - mas o potencial existe!