As baterias de lítio mais produzidas no mundo são NCM (Lithium manganese nickel), LFP (Lithium Iron Phosphate) e NCA (Lithium nickel cobalt aluminum oxide). Em 2015, a produção de NCM representava 75% do mercado, seguidas por NCA (20%) e LFP (15%). Mas haverá uma mudança considerável: as LFP deverão representar cerca de 35% do mercado em 2030, seguidas pela NCM 30% e NCA 25%.
Essa mudança se deve a dois fatores importantes: disponibilidade de matérias-primas e características, como densidade de energia e de potência, custo, segurança, performance e vida útil. Na Figura 1, trago um comparativo de 1 a 4 para cada uma dessas características. De maneira simplista, se uma bateria recebe a nota 3 e a outra a nota 4 em uma categoria específica, significa que elas diferem com uma relação de 20% a 35%, aproximadamente, entre elas.
A grande vantagem das baterias a base de níquel é a alta densidade de energia. A NCM, por exemplo, é extremamente bem distribuída entre todas as características importantes. Já o grande destaque da NCA é a relação de custo — 25% menor do que as NCM —, mantendo a excelente densidade de energia. As LFP, por sua vez, têm as vantagens de sua ciclagem extremamente elevada, potência e segurança. Não à toa, elas têm se destacado no mercado e devem crescer.
Figura 1: Classificação de performance de baterias.
As baterias LFP também se destacam na relação US$/kWh/ciclo. A Figura 2 exemplifica isso.
Descrição gerada automaticamente
Figura 2. Estado de saúde de baterias vs ciclagem
A China é a grande produtora mundial de baterias. Em 2022, produzia 77% das baterias do mundo, ou seja, 893 GWh. Em 2027, é previsto que o país produza 69%, atingindo 6.197 GWh. Isso representa quase um crescimento de uma ordem de grandeza em cinco anos.
As baterias estarão presentes nos veículos elétricos e em sistemas estacionários e serão produzidas amplamente no mundo todo, buscando uma transição energética que visa a eletrificação de todas as coisas para redução de CO2 necessária.
O cenário atual
Atualmente, também temos as grandes fábricas de baterias, conhecidas como Giga Factories , como o caso da CATL, que produz 34% das baterias do mundo todo, entregando baterias para Tesla, BMW e Volkswagen. Outras fábricas já são conhecidas por nós, brasileiros, como a da LG, que representava 14% do mercado em 2022, BYD (12%), Panasonic (10%) e Samsung (5%).
Esse movimento para produção da célula de baterias e packs em grande volume ajudou na redução do preço de 684 US$/kWh em 2013 para 132 US$/kWh em 2021. Embora haja um desejo de queda pelo valor das baterias, estamos chegando em um platô. No caso dos veículos elétricos, para que um veículo possa percorrer 250 km, é necessário por volta de 40 kWh de bateria. Isso faz com que, somente de custo de bateria, tenhamos por volta de R$ 25 mil a R$ 40 mil de custo. Contudo, a ansiedade dos compradores por autonomia na busca por veículos que atinjam 400 km ou mais faz com que seja necessário 70 kWh a 85 kWh de bateria, elevando os custos para valores entre R$ 50 mil e R$ 100 mil reais, com o peso das plataformas atingindo por volta de 1.500 kg.
Um ponto a destacar é que essas baterias apresentam uma alta pegada de carbono, uma faixa de 0,1 a 0,3 t CO2/kWh. Para um Tesla com 85 kWh de baterias NCM811 seria aproximadamente 17 t CO2. Essa pegada de carbono está em dois pontos: energia elétrica e mineração.
Esses números poderiam ser amplamente reduzidos se a produção das baterias fosse em território brasileiro, que tem matriz elétrica mais limpa (atualmente, as Giga Factories estão mais presentes em países como Estados Unidos, Alemanha, Hungria, Suíça e Polônia, além da China). Temos nossa matriz com 90% de energias renováveis como hidrelétrica, solar e eólica. A matriz chinesa, que produz grande parte das baterias, é 90% carvão e petróleo. Em média, 70% da matriz elétrica mundial é não renovável.
Outro ponto: exportamos os minérios para serem refinados na China. Podemos e temos que fazer o beneficiamento aqui. Isso reduziria a pegada de carbono das baterias.
Logo, se pensamos em migrar para uma sociedade que polui menos, temos que pensar em produzir as tecnologias onde a energia é mais limpa e próximo de onde os recursos minerais estão, para evitar emissões ao longo do transporte.
Origem dos veículos elétricos
A origem dos veículos elétricos remonta ao século XIX. Em 1832, o inventor escocês Robert Anderson desenvolveu o primeiro protótipo, embora fosse bastante primitivo. Durante as décadas seguintes, inovações importantes, como a bateria recarregável (inventada por Gaston Planté em 1859) e o motor elétrico eficiente (desenvolvido por Zenobe Gramme em 1873), pavimentaram o caminho para veículos elétricos mais práticos. No fim do século XIX e início do século XX, os veículos elétricos começaram a ganhar popularidade, especialmente em cidades onde a poluição sonora e a poluição do ar dos motores a combustão interna eram preocupações crescentes. Empresas como a Detroit Electric e a Baker Electric produziram milhares de veículos elétricos.
No entanto, com o advento do modelo Ford T, que era mais barato e mais fácil de produzir em massa, juntamente com a descoberta de grandes reservas de petróleo, os veículos a gasolina dominaram o mercado. Os veículos elétricos, então, entraram em um longo período de obscuridade, até o crescente interesse em sustentabilidade e tecnologia avançada de baterias revitalizarem sua popularidade no fim do século XX e início do século XXI.
Origem das baterias de Lítio
A história das baterias começa no século XVIII. Em 1780, o anatomista italiano Luigi Galvani descobriu que o tecido muscular de uma rã se contrai quando entra em contato com metais diferentes, fenômeno que ele chamou de “eletricidade animal”. Inspirado por Galvani, em 1800, Alessandro Volta, um físico italiano, inventou a primeira bateria verdadeira, conhecida como Coluna de Volta. Ele empilhou discos de zinco e cobre separados por discos de papelão embebidos em ácido ou em solução salina, criando uma corrente elétrica estável. Esse invento marcou o início da era das baterias, possibilitando o desenvolvimento da eletricidade como uma fonte de energia prática para experimentos e, mais tarde, para aplicações industriais e domésticas.
No século XIX, outros avanços foram feitos, como a bateria Daniell, inventada por John Frederic Daniell em 1836, que era mais estável e segura do que a Coluna de Volta. Em 1859, Gaston Planté desenvolveu a primeira bateria recarregável, a bateria de chumbo-ácido, que ainda é usada em automóveis. O fim do século XIX e o século XX viram o desenvolvimento de muitos outros tipos de baterias, incluindo a bateria de níquel-cádmio (NiCd) em 1899, a bateria de níquel-ferro (NiFe), por Thomas Edison, em 1901, e a bateria de níquel-metal hidreto (NiMH) e a bateria de íon de lítio (Li-ion) no fim do século XX. Essas inovações permitiram uma variedade de aplicações, desde o armazenamento de energia para eletrônicos portáteis até o uso em veículos elétricos.
Como as baterias acabaram nos veículos elétricos?
As baterias acabaram nos veículos elétricos modernos como resultado de décadas de pesquisa e desenvolvimento focados na melhoria da eficiência, capacidade de armazenamento de energia e redução de custos. A jornada começou com as baterias de chumbo-ácido, as primeiras a serem usadas em veículos elétricos no fim do século XIX e início do século XX, devido à sua capacidade de fornecer uma corrente elétrica consistente. No entanto, essas baterias eram pesadas, tinham uma densidade de energia relativamente baixa e um ciclo de vida curto, o que limitava a autonomia dos veículos.
Com o advento das baterias de níquel-cádmio (NiCd) e de níquel-metal hidreto (NiMH) na segunda metade do século XX, os veículos elétricos ganharam melhor desempenho devido à maior densidade de energia dessas tecnologias, o que permitia maior autonomia. Apesar dessas melhorias, essas baterias ainda enfrentavam limitações, como efeito memória (no caso das NiCd) e custos relativamente altos.
O grande avanço veio com o desenvolvimento das baterias de íon de lítio (Li-ion) no fim do século XX. Essas oferecem uma densidade de energia significativamente maior, maior ciclo de vida e tempos de recarga mais rápidos em comparação com as tecnologias anteriores. Além disso, o lítio é o metal mais leve e proporciona uma grande capacidade de armazenamento de energia, o que se traduz em veículos elétricos com maior autonomia e desempenho. A melhoria contínua na tecnologia de baterias de íon de lítio, juntamente com a redução dos custos de produção, tornou os veículos elétricos uma alternativa viável aos veículos a combustão interna.
Além disso, a crescente preocupação com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa impulsionaram a demanda por transportes mais limpos e sustentáveis, acelerando o desenvolvimento e a adoção de veículos elétricos. A inovação contínua no campo das baterias, incluindo pesquisas em novas tecnologias, como baterias de estado sólido, promete veículos elétricos ainda mais eficientes e com maior autonomia no futuro.
Hudson Zanin – Especialista em transição energética, docente na Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação da Unicamp e pesquisador na área de Manufaturas de Baterias, Supercapacitores e Células a Combustível.
Hudson Zanin
