Quais são os componentes das baterias de carros elétricos?

Baterias de ponta desempenham um papel cada vez mais importante na transição para a mobilidade sustentável. Veículos elétricos (VEs) movidos a bateria estão transformando nosso modo de movimentação. Mas poucos usuários compreendem totalmente a tecnologia por trás deles – ou a caracterização notável dos materiais que torna tudo isso possível.

Os diferentes tipos de baterias de VEs

As químicas de baterias de íon de lítio mais comuns utilizadas nos VEs atuais são níquel manganês cobalto (NMC) e fosfato de ferro lítio (LFP). Enquanto a química NMC oferece a maior densidade de energia (autonomia por carga), ela vem com um preço elevado e preocupações ambientais devido ao uso de cobalto. A LFP é mais barata e segura, mas possui menor densidade de energia. Na pesquisa e desenvolvimento, muitas químicas visam maior densidade de energia a um custo menor e eliminam o uso de elementos tóxicos e caros. Baterias de lítio-enxofre, íons de sódio/potássio e baterias de estado sólido (com eletrólito sólido) são algumas das alternativas emergentes às químicas atualmente utilizadas.

O que compõe uma bateria de íon de lítio?

As baterias de íons de lítio de VEs contêm catodo (NMC ou LFP), anodo (grafite ou silício), separador (polímero PVDF) e eletrólito. O catodo e o anodo são revestidos em coletores de corrente de Al e Cu, respectivamente. Assim, no caso das baterias NMC, os principais metais presentes são lítio, manganês, cobalto, níquel, grafite, alumínio e cobre. Como exemplo, o Tesla Model 3 (bateria de 75 kW-Hr) usa 12 kg de Li, 50 kg de Ni, 4,5 kg de Co, 4 kg de Mn (= 105 kg NCM811), 70 kg de grafite, 20 kg de folha de Al e 25 kg de folha de Cu. Além disso, cada célula possui uma carcaça de aço e o pacote de bateria completo também possui carcaça de alumínio e aço.

Soluções sustentáveis para componentes de baterias de VEs

A fabricação de baterias de íons de lítio enfrenta desafios no fornecimento de materiais, já que as reservas de Li, Ni e Co são limitadas. Além disso, existem preocupações ambientais na mineração desses minerais. A sustentabilidade na fabricação de baterias pode ser alcançada com uma abordagem em três frentes – gestão de resíduos na produção, reciclagem de baterias e novas químicas que utilizam menor quantidade de minerais mais abundantes. Os resíduos de produção na fabricação de baterias podem variar de 5% a 20%, dependendo da otimização do processo. Soluções baseadas na Indústria 4.0 podem reduzir esse índice para abaixo de 5%. A reciclagem de baterias não apenas evita que materiais tóxicos de baterias acabem em aterros, mas também atua como uma cadeia de fornecimento alternativa aos minerais. Finalmente, as novas químicas não apenas eliminarão materiais tóxicos e caros como Co, mas também proporcionarão maior autonomia com a mesma quantidade de material, quando aperfeiçoadas e comercializadas.

Análise de ponta para melhor tecnologia de baterias

Quer se trate de otimizar a produção de baterias atuais ou do desenvolvimento de novas químicas de baterias, nada pode ser alcançado sem ferramentas analíticas robustas e confiáveis que proporcionem um entendimento mais profundo dos materiais e dos processos. É nesse contexto que a Malvern Panalytical está ajudando a indústria de baterias com soluções analíticas de última geração;

A linha Aeris e a Empyrean de difratômetros de raios X são ferramentas de alto desempenho, versáteis e fáceis de usar, que proporcionam insights sobre as propriedades dos materiais em nível atômico. Se for a perfeição cristalina dos materiais do anodo/catodo, defeitos como mistura de cátions ou grau de grafitização ou o crescimento de partículas de cristal único, nossos sistemas XRD podem fornecer resultados precisos em apenas alguns minutos. Em troca, isso garante que os designers de baterias de VEs possam otimizar fatores como potência, autonomia e escalabilidade.

Análise elemental com nossa linha Zetium e Epsilon de XRF pode determinar rápida e precisamente a composição elemental dos materiais precursores e eletrodos sintetizados. Além disso, pode ser sua ferramenta chave na determinação da concentração elemental em soluções hidrometalúrgicas durante a reciclagem de baterias.

Tamanho e forma das partículas desempenham um papel importante na otimização do desempenho dos materiais dos eletrodos de bateria. Nossa linha de soluções Mastersizer e Morphologi pode ser utilizada como ferramentas de QC e P&D para medição automatizada do tamanho e forma das partículas com alta precisão e repetibilidade.

Finalmente, para ajudá-lo a alcançar a Indústria 4.0, temos soluções de controle de processos em linha/no ponto/online para dimensionamento de partículas (Insitec range), composição elemental de precursores líquidos (Epsilon Xflow) e composição elemental do revestimento de eletrodos (Epsilon Xline) e automação de laboratório de todas as nossas soluções analíticas.

Impulsionando o futuro da indústria de baterias de VEs

Com nossas tecnologias e instrumentos, e em parceria com pesquisadores e partes interessadas da indústria em todo o mundo, a Malvern Panalytical está revolucionando os processos de desenvolvimento de baterias – e impulsionando a inovação necessária para conduzir a transição para a mobilidade sustentável!

Descubra mais sobre os instrumentos que estão possibilitando um futuro de mobilidade mais verde em onde discutimos os materiais que impulsionam soluções para desafios contemporâneos.

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