CATL: Células de estado sólido estão próximas da comercialização. O problema é a degradação e o eletrólito estático

O presidente e fundador da CATL, Robin Zeng, concedeu uma entrevista à revista chinesa Caijing Magazine. Contrariamente às declarações de alguns fabricantes de que já estão testando baterias com eletrólito sólido, Zeng afirma que, por enquanto, elas ainda estão em fase de protótipo laboratorial e há um longo caminho a percorrer até sua comercialização. Seu principal problema é justamente o que deveria ser sua vantagem: o eletrólito sólido. Isso porque não é fácil forçar os íons a se moverem em corpos sólidos, e são justamente esses íons que sustentam o funcionamento das células Li-ion.

Eletrólito sólido e uma ideia inteligente para células sólido-líquido

Nos últimos dias, a Stellantis se orgulhou de ter iniciado os testes dos células protótipos Factorial em um carro experimental, afirmando que elas possuem uma densidade energética de 0,375 kWh/kg. Parâmetros muito semelhantes (0,35 kWh/kg) foram divulgados pela chinesa Dongfeng, que também pretende começar a montar pacotes de estado sólido (all-SSB, ASSB) já na segunda metade deste ano. Em ambos os casos, as densidades energéticas são impressionantes, mas os fabricantes ou não divulgam outros dados (degradação, tempo de carregamento) ou apresentam valores que não se comparam aos das melhores células LFP.

O módulo com células de estado sólido Factorial utilizado no veículo da Stellantis. Observe os parafusos que fixam a estrutura, bem como as abraçadeiras e parafusos que provavelmente comprimem as células, ou seja, mantêm-nas sob alta pressão (c) Stellantis

O presidente da CATL afirma quase diretamente que o uso de eletrólitos sólidos, a principal vantagem das células de estado sólido, representa ao mesmo tempo o maior desafio tecnológico (fonte). Os íons de lítio se movem sem problemas no eletrólito, mas não conseguem “pular”. Por isso, as eletrodos (por natureza: sólidos) e o eletrólito (inovação: sólido) precisam ser aquecidos e comprimidos durante a produção com uma pressão de 6.000 atmosferas, superior a 600 MPa (megapascals). Para que os íons possam se mover pela estrutura, primeiro pelos eletrodos e depois pelo eletrólito, até finalmente se fixarem no eletrodo de destino.

Para comparação: o hidrogênio usado para abastecer carros com células de combustível é armazenado sob uma pressão de 88 MPa. Nos carros FCEV, a pressão nominal é de 70 MPa. A utilização de tais pressões exigiu avanços nas tecnologias de materiais, com o uso de fibras de carbono e compósitos na produção dos tanques de gás.

Veículo experimental para testar células de estado sólido Factorial (foto acima) (c) Stellantis

Voltemos, no entanto, às baterias de estado sólido. O presidente da CATL destaca que o uso de altas pressões para fundir as eletrodos com o eletrólito faz com que materiais com diferentes resistências à compressão se deformem de maneira diferente. O resultado pode ser uma estrutura heterogênea e uma distribuição desigual dos componentes, o que gera anomalias que aumentam a resistência interna e aceleram a degradação das células, dificultando sua comercialização. As conclusões parecem óbvias e surpreendentes ao mesmo tempo: o uso de eletrólitos sólidos pode sim retardar a degradação durante a operação causada por carregamentos ultrarrápidos, mas causa problemas em uma fase anterior: a produção.

Nesse contexto, as células com eletrólito sólido-líquido parecem ser a solução quase ideal, nas quais a fase líquida representa até 5 por cento. Elas não exigem pressões muito altas, pois há um líquido entre as eletródas e o eletrólito sólido que permite que os íons se movam. Desvantagens? Essas células ainda contêm um eletrólito líquido em seu interior, uma substância inflamável.

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