As Novas Baterias com Pó da Panasonic Vão Dar Um Superpoder aos Carros Elétricos
As Novas Baterias de Pó da Panasonic Prometem Dar Superpoder aos Veículos Elétricos
Sila, uma empresa californiana fundada em 2011 por um dos primeiros funcionários da Tesla, vai fornecer à Panasonic um pó de silício fabricado nos Estados Unidos para baterias de veículos elétricos que podem acabar com a ansiedade de autonomia, reduzir o tempo de carga e até mesmo diminuir a dependência da China.
O principal cliente da Panasonic nos Estados Unidos é a Tesla e produz cerca de 10% das baterias para veículos elétricos globalmente. No ano passado, a Sila assinou um acordo de fornecimento com a Mercedes-Benz para seu novo SUV elétrico G-Class de longa autonomia, previsto para estrear em 2025. (A montadora alemã liderou a rodada de financiamento da série E da Sila em 2019.)
O pó de ânodo Titan Silicon da Sila é composto por partículas de silício nanoestruturado com tamanho na faixa do micrômetro e substitui o grafite nas baterias de íon de lítio tradicionais. Essa substituição em veículos elétricos poderá em breve permitir viagens sem parada de até 500 milhas e recargas de 10 minutos. Além disso, a troca do ânodo não requer novas técnicas de fabricação. O pó negro já alimenta a bateria com duração de cinco dias do mais recente dispositivo wearable Whoop.
“Levamos 12 anos e 80.000 iterações para chegar a este ponto”, disse Gene Berdichevsky, cofundador e CEO da Sila. “É uma ciência sofisticada”. Berdichevsky começou sua carreira na Tesla, tornando-se o sétimo funcionário em 2004. Ele liderou o sistema de bateria do Roadster da Tesla, deixando a empresa quando esta tinha cerca de 300 funcionários. Após mais estudos, ele cofundou a Sila com Alex Jacobs, colega da Tesla, e Gleb Yushin, professor de ciência dos materiais na Georgia Tech.
Comparado com o grafite, o silício armazena até 10 vezes mais energia, portanto, usar silício em vez de grafite para os ânodos – a parte que libera elétrons durante a descarga – pode melhorar significativamente a densidade de energia da bateria. No entanto, o material se expande durante a carga repetida, e as rachaduras resultantes reduzem drasticamente a vida útil da bateria.
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A tecnologia da Sila permite essa expansão ao usar um “andaime” de carbono em nanoescala para controlar o silício. “O Titan Silicon é um material nanocompósito“, diz Berdichevsky. “É como pão com passas, onde as passas são o silício, e há uma matriz fofa ao redor das passas com uma grande casca externa na própria partícula. A casca mantém o espaço e o pão se move quando as passas se expandem. O andaime não segura o silício – ele acomoda a expansão”.
O processo de andaime patenteado envolve a infiltração de gás silano derivado do silício em lattices de carbono personalizados. O pó resultante com tamanho na escala do micrómetro é enviado para fabricantes de baterias.
“Podemos substituir de 50 a 100 por cento do grafite nas baterias de íon de lítio”, afirma Berdichevsky. Uma substituição total poderia aumentar em 40 por cento a autonomia de um veículo elétrico típico e reduzir o tempo de espera para 80 por cento de carga para o tempo necessário para encher o tanque de combustível tranquilamente.
A Sila afirma que o Titan Silicon é cerca de cinco vezes mais leve que o grafite e ocupa cerca da metade do espaço quando totalmente carregado. Em um comunicado anunciando o acordo com a Sila, a Panasonic declarou ter como objetivo aumentar a densidade de energia volumétrica de suas baterias para 1.000 watt-hora por litro até 2030.
“Isso é uma métrica muito alta”, diz Berdichevsky. “As melhores baterias do mundo hoje estão em torno de 740 watt-hora por litro, e esses são os mesmos números que os desenvolvedores de baterias de estado sólido afirmam que conseguem alcançar. Estamos dizendo que em breve poderemos atingir esses níveis com uma tecnologia que já está disponível”.
O grafite é o material de ânodo padrão do mundo, presente em quase todas as baterias de íon de lítio e representando até 60% do volume de uma bateria. De acordo com um relatório da Agência Internacional de Energia, atualmente cerca de três quartos de todas as baterias de veículos elétricos são fabricadas na China.
O consultor de mineração Benchmark Mineral Intelligence estima que a China produz 61% do grafite natural do mundo e refinase 98% do material de grafite acabado.
O silício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre (sendo o oxigênio o primeiro) e o quartzo de alta pureza usado na produção de gás silano é extraído nos Estados Unidos.
Desde 2017, o pó de ânodo da Sila destinado a eletrônicos de consumo tem sido produzido em uma instalação piloto na sede da empresa em Alameda, Califórnia. No entanto, para produzir em escala automotiva, a empresa está agora equipando uma fábrica de fibra de vidro nunca utilizada de 600.000 pés quadrados em Moses Lake, Washington, com a contratação inicial de 100 pessoas, em sua maioria locais, com planos para mais 600 à medida que a empresa cresce.
Moses Lake, conhecida por suas batatas, mas apenas um ponto no mapa pela metade entre Seattle e Spokane, agora é um centro hidrelétrico que atrai indústrias de próxima geração interessadas na energia barata e limpa da região.
Berdichevsky afirma que, se você está fornecendo clientes europeus, agora é vantajoso estar fora da rede suja. Uma regulamentação aprovada pelo Parlamento Europeu em junho tornou óbvio para a Sila se localizar na cidade. Bruxelas agora exige que cada bateria de VE destinada ao mercado da UE carregue um rótulo declarando sua pegada de carbono; “passaportes de bateria” devem rastrear digitalmente as baterias e seus materiais ao longo da cadeia de abastecimento.
Também existem requisitos de cadeia de abastecimento na Lei de Redução da Inflação (IRA) de 2022. Para se qualificar para subsídios de VE, os minérios de bateria devem ser obtidos nacionalmente ou de aliados. As partes da IRA centradas em mudanças climáticas exigem que os minerais sejam provenientes dos Estados Unidos na proporção de 40% este ano, aumentando para 80% a partir de 2027. A IRA também proíbe o uso de minerais críticos, materiais de bateria e outros componentes de “entidades estrangeiras de preocupação”.
“Se você usar qualquer material da China em suas baterias, seus clientes perderão um crédito fiscal de US $ 7.500”, diz Berdichevsky.
A Sila não é a única fabricante de nanocompósitos de silício para automóveis atraída pela energia limpa de Moses Lake. A um quilômetro da antiga fábrica de fibra de vidro, a Group14 Technologies iniciou a construção de uma fábrica nova que produzirá pó semelhante para a Porsche.
A montadora alemã liderou uma rodada de financiamento de US $ 614 milhões na Group14 no ano passado. Quando a fábrica da empresa de 7 anos for inaugurada em 2024, ela produzirá pó de ânodo SCC55 suficiente para 200.000 VE’s anualmente.
“Existem empresas que têm parcerias e colaborações, mas todas ainda estão em desenvolvimento”, afirma Berdichevsky, “enquanto estamos prontos para a produção em escala.”
Não por coincidência, Moses Lake também é sede da REC Silicon, uma fornecedora anteriormente fechada para a indústria fotovoltaica e agora uma das duas fabricantes de gás silano dos EUA. A Group14 estará obtendo suas matérias-primas localmente; Berdichevsky preferiu não dizer de onde a Sila está obtendo seu silano. Ambas as empresas receberam subsídios federais de US $ 100 milhões para construir suas fábricas de ânodo de silício.
Jay Turner, professor de estudos ambientais do Wellesley College, diz à ENBLE que a fabricação doméstica em larga escala de novas tecnologias de bateria de VE é compreensivelmente importante. “Isso marca uma quebra importante com a história”, diz o historiador de baterias que acompanha a nova produção de VE da América do Norte.
“No passado, os EUA foram líderes em pesquisa avançada de baterias, mas grande parte da fabricação real ocorreu no exterior. É emocionante ver pesquisas desenvolvidas nos EUA sendo implementadas em fábricas americanas. Sila e Group14 parecem estar bem posicionadas para se expandirem.”
No entanto, eles são apenas duas das fabricantes de ânodos de silício nos EUA. As empresas californianas OneD Battery Sciences e Amprius cultivam nanofios de silício que afirmam ser menos propensos a inchaço do que os pós de nano silício.
Amprius, fundada em 2008 pelo professor de ciência de materiais da Universidade de Stanford, Yi Cui, tem se concentrado em ânodos de silício para o setor de aviação, enquanto a OneD Battery Sciences colocará sua nanotecnologia de silício em baterias Ultium da GM.
Em vez de criar nanopartículas ou nanofios de silício, a Enevate, também da Califórnia, deposita filmes de silício em escala nanométrica diretamente em folhas de cobre. Suas baterias com ânodo de silício já são usadas em motocicletas elétricas.
A start-up de Chicago, NanoGraf, fabrica um material de óxido de silício para ânodos que é pré-expandindo para maior estabilidade. Seus ânodos são utilizados em eletrônicos militares.
Desenvolvedores de outras químicas de bateria estão buscando substituir completamente as tradicionais de íon-lítio. A Tesla já está produzindo carros com baterias de fosfato de lítio e ferro; a Toyota tem provocado insiders do setor com suas baterias de estado sólido; empresas chinesas estão desenvolvendo tecnologias de íons de sódio (Na-ion) que não exigem ou exigem pouco lítio, níquel ou cobalto; e a Samsung SDI está aperfeiçoando baterias de alto manganês.
Pode haver espaço para todas as opções mencionadas em um mercado global de veículos elétricos em crescimento. De fato, o Advanced Propulsion Centre do Reino Unido, especializado em tecnologias emergentes de bateria, afirma que essa mudança na tecnologia elétrica “não se trata de um tipo [de química de bateria] vencendo o outro, pois as características de desempenho fazem com que os casos de uso variem”.
