MIIT chinês: O caminho para células de Li-ion com maior capacidade é o Mn, Si, estado sólido e metal de Li

O Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China (MIIT) identificou três áreas nas quais os fabricantes nacionais devem desenvolver células de lítio-íon para oferecer aos consumidores densidades energéticas ainda maiores. Elas são as seguintes: 1/ cátodos com alto teor de manganês (LMR), 2/ ânodos baseados em silício e, principalmente, 3/ eletrólitos sólidos. Graças a estes últimos, haverá um aumento no nível de segurança das células, além de maior capacidade de carregamento e ânodos de lítio com a máxima densidade energética disponível.

A China indica qual caminho leva ao futuro

O uso de cátodos com alto teor de manganês [e lítio – red.] permite que as empresas se tornem parcialmente independentes do fornecimento de cobalto, que é caro, e de níquel, que também tem preço elevado. Os cátodos que contêm mais de 50-60% de manganês (em Li-NCx: cerca de 10-20%) apresentam problemas de degradação, por isso, no passado, os fabricantes optaram por cátodos com alto teor de níquel. No entanto, o manganês está gerando resultados cada vez mais promissores atualmente (fonte). Além disso, ele permite o uso de tensões de carregamento mais altas, o que significa um reabastecimento de energia mais rápido – mas isso acontece às custas de uma degradação acelerada.

Já a redução das tensões para o nível de Li-NCx faz com que as densidades energéticas das células LMR fiquem logo abaixo das de Li-NCx (NCM811), em torno de 0,28 kWh/kg, com custos semelhantes aos dos materiais LFP.

Células protótipos LMR desenvolvidas pela Ford

Outro caminho importante no desenvolvimento é a otimização das ânodos para alcançar o maior teor possível de silício. O silício consegue reter várias vezes mais íons (átomos) de lítio do que o grafite, o que se traduz automaticamente em maior capacidade. O problema com esses ânodos é o inchaço e a rápida degradação, já que os íons de lítio que se infiltram na estrutura rompem as ligações que mantêm a estrutura de silício unida. Vantagens? Densidades energéticas potenciais acima de 0,3 kWh/kg, podendo chegar até 0,45 kWh/kg.

Diferentes abordagens para o uso de silício em ânodos de células Li-ion. Slide de 2020, ainda atual, pelo menos nos três primeiros campos da esquerda (c) Tesla

O caminho “de manganês” é a solução mais rápida para aumentar a densidade energética (LFP → LMR) mantendo os custos sob controle. O caminho “de silício” oferece altas densidades, mas com custos mais elevados. No entanto, o objetivo final do desenvolvimento são as células de estado sólido. Um eletrólito estável resolve o problema da inflamabilidade, e, além disso, nesse tipo de bateria (ASSB), é possível usar cátodos NCx ou novos cátodos de manganês para alcançar e superar densidades energéticas de 0,4-0,5 kWh/kg. Os custos com a ânodo são eliminados, pois ela é feita de lítio durante o funcionamento da célula (Li-metal).

Nota da redação do Elektrowozu: considerando que o MIIT está envolvido no desenvolvimento de novas baterias há anos, podemos supor que as novas diretrizes descrevem, pelo menos em parte, a realidade atual, ou seja, os produtos já disponíveis.

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