O ZSW informa sobre o funcionamento pleno de sua instalação piloto para materiais de cátodo.

O Centro de Pesquisa em Energia Solar e Hidrogênio de Baden-Württemberg (ZSW) colocou em pleno funcionamento uma unidade piloto em Ulm, capaz de levar materiais de cátodo para baterias das escalas de laboratório para lotes de até 100 quilogramas em condições reais.

A unidade piloto do ZSW em Ulm está agora totalmente operacional.

O ZSW destaca que a unidade piloto chamada “Powder-Up!” em Ulm é a primeira instalação independente na Alemanha capaz de escalar materiais de cátodo para baterias nessa escala, partindo do ambiente de laboratório. Ela foi financiada com recursos federais e estaduais de Baden-Württemberg e está disponível desde já para a indústria e para cientistas.

O ZSW destaca ainda que os materiais de cátodo “determinam de forma decisiva o desempenho e a segurança das baterias de alta performance”. No entanto, é uma grande dificuldade transformar os avanços da pesquisa em produção industrial de células. É isso que a nova linha piloto deverá fazer no futuro. Segundo os responsáveis, ela abrange toda a cadeia de processos, desde a síntese até a análise e garantia de qualidade. Além disso, integra uma gestão digital de processos e uma análise altamente automatizada, o que deve acelerar os ciclos de desenvolvimento e fornecer dados para aplicações de IA.

“Quem deseja produzir células de bateria de forma competitiva na Alemanha e na Europa precisa ter acesso aos melhores materiais”, comenta o Prof. Dr. Markus Hölzle, membro do conselho administrativo do ZSW e responsável pelo setor de tecnologias energéticas eletroquímicas em Ulm. “Com o Powder-Up!, as empresas podem validar seus próprios conceitos de materiais para uso industrial, desenvolver juntas novos métodos de síntese ou se beneficiar da plataforma digital de dados. Assim, o ZSW torna-se o ponto de referência em todo o país para todos aqueles que desejam desenvolver materiais aprimorados para baterias e prepará-los para produção em massa.”

Os materiais de cátodo constituem, como se sabe, o polo positivo das baterias. No entanto, segundo a ZSW, especialmente nas baterias de íons de lítio, eles representam o componente mais caro e com maior impacto ambiental. Além do lítio, eles contêm outros materiais críticos como níquel ou cobalto. E: “Como são insubstituíveis na bateria, os materiais de cátodo são constantemente aprimorados. Por isso, em Ulm há foco nos materiais de cátodo NMC. […] Através do ajuste controlado da proporção de níquel, manganês e cobalto, é possível equilibrar o teor energético, a vida útil, a estabilidade e os custos para diferentes aplicações”, afirma um comunicado acompanhante.

Segundo o ZSW, logo após a entrada em operação da linha piloto, foi possível escalar os primeiros amostras de material, que pesavam poucos gramas, para uma faixa de 15 quilogramas. Um passo importante nesse processo é o tratamento térmico dos materiais a temperaturas entre 600 e 1.000 graus Celsius, sendo necessário manter a temperatura com precisão em poucos graus. Para isso, a instalação dispõe de fornos especiais que replicam com precisão os processos industriais.

No momento, os trabalhos em Ulm também se concentram em uma segunda categoria de materiais catódicos: fosfato de lítio-ferro (LFP). Segundo o ZSW, já são produzidas quantidades nessa categoria em escala de quilogramas. Outro tema importante mencionado pelos responsáveis são os materiais para baterias de íons de sódio.

Em geral, a linha piloto abrange cerca de 2.400 metros quadrados de área útil e reúne mais de 135 instalações e equipamentos sob o mesmo teto. Essa infraestrutura cobre tanto o desenvolvimento de materiais quanto a escalonamento, desde escalas de dez gramas até 100 quilogramas. Aparelhos desenvolvidos especificamente permitem também a criação de chamadas rotas de síntese por meio do método de alto rendimento, no qual muitas variantes podem ser testadas simultaneamente e otimizadas rapidamente.

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A caracterização dos materiais em Ulm é realizada também com métodos altamente avançados, como microscopia eletrônica de varredura (SEM), remoção por feixe de íons focado com microscopia eletrônica de varredura para análise de alta resolução (FIB-SEM), análise de raios X por dispersão de energia (EDX), espectroscopia Raman, microscopia de força atômica (AFM), análise por fluorescência de raios X (RFA) e difração de pó de raios X (XRD). De acordo com os responsáveis, todos esses métodos permitem uma análise detalhada da estrutura, composição e propriedades dos materiais. O teste eletroquímico é realizado em células de botão, que também são fabricadas no ZSW e validadas no centro próprio de teste de baterias. Todos os dados obtidos na síntese e nos testes são posteriormente registrados digitalmente e integrados imediatamente ao desenvolvimento contínuo dos materiais. Dessa forma, espera-se acelerar significativamente os ciclos de desenvolvimento e obter resultados mais rápidos.

poderá ser otimizado especificamente.

A instalação piloto foi construída, como mencionado anteriormente, com recursos do Ministério Federal de Pesquisa, Tecnologia e Exploração Espacial (BMFTR) e do estado de Baden-Württemberg. O estado financiou o edifício com cerca de 10 milhões de euros, enquanto a União Federal apoiou a tecnologia da instalação e a infraestrutura necessária com aproximadamente 24 milhões de euros. A construção começou no início de 2022. Após a aquisição, construção e instalação, a instalação foi inaugurada três anos depois, em março de 2025. No entanto, somente agora a instalação está em pleno funcionamento. Em 2024, a electrive também já havia reportado sobre a linha piloto.

Dorothee Bär, Ministra Federal de Pesquisa, Tecnologia e Exploração Espacial, comenta sobre a implantação completa da iniciativa da seguinte forma: “Meu objetivo é que as tecnologias e materiais de baterias não fiquem apenas como conceitos em laboratórios. É preciso que deles surjam produtos concretos – esse é o foco central da Agenda de Alta Tecnologia da Alemanha.” Com o Powder-Up!, seu ministério investiu em parceria com o estado de Baden-Württemberg para tornar mais rapidamente viáveis economicamente novos materiais de cátodo para baterias. “Dessa forma, aceleramos intencionalmente a transferência do laboratório para a aplicação industrial – para que a tecnologia de baterias ‘Made in Germany’ se torne um selo de qualidade.”