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Jun 01, 2023

Maior energia e menor custo por meio da célula de bateria EV e inovação de material de embalagem, uma perspectiva da IDTechEx

Maior energia e menor custo através da célula de bateria EV e material de embalagem

Maior energia e menor custo por meio da célula de bateria EV e inovação de material de embalagem, uma perspectiva da IDTechEx.

Os veículos elétricos (EVs) geram demandas de materiais muito diferentes daquelas historicamente típicas dos mercados de veículos com motor de combustão. Com a interrupção contínua da cadeia de suprimentos e a tecnologia de baterias em rápida evolução, os materiais que serão procurados nos próximos anos variarão significativamente.

A IDTechEx acaba de lançar um novo relatório, "Materials for Electric Vehicle Battery Cells and Packs 2023-2033", que mergulha profundamente na química da bateria, densidade de energia e evolução do design para determinar a demanda do mercado de 2021-2033 para 27 diferentes materiais em mercados como carros elétricos, ônibus, caminhões, vans, veículos de duas rodas, veículos de três rodas e microcarros.

Apesar das tendências de aumento da densidade de energia e menor uso de materiais por veículo, graças ao mercado de EV em rápido crescimento, a demanda por materiais de bateria de EV crescerá mais de 12 vezes, com valor de mercado exibindo um CAGR de 26% entre 2033 e 2021.

Materiais de célula de bateria

A química da bateria continua a evoluir. O objetivo final sempre foi a maior densidade de energia, mas outros fatores, como o custo da célula e a diversidade da cadeia de suprimentos, criaram demanda por produtos químicos alternativos fora do NMC típico (níquel-manganês-cobalto).

As químicas NMC fornecem a maior densidade de energia e, para melhorar ainda mais isso e evitar o uso de cobalto, fizeram a transição para variantes de níquel mais altas, como NMC 811 em relação ao NMC 111/523 anterior. O cobalto é um material mais caro e tem um suprimento muito restrito geograficamente com práticas de mineração questionáveis; a tendência para produtos químicos de níquel mais elevados alivia essas preocupações, embora aumente a demanda por níquel.

As baterias que usam químicas LFP (fosfato de ferro e lítio) quase saíram do mercado de EV em 2018-2019 graças à sua menor densidade de energia do que a NMC. No entanto, a necessidade de uma maior variedade no fornecimento de células e a capacidade de reduzir custos têm visto um grande ressurgimento na adoção do LFP, especialmente nos segmentos de mercado de gama baixa a média.

O impacto na densidade de energia do uso do LFP foi um pouco compensado por melhorias na eficiência do empacotamento. A maior adoção de LFP mitiga parte da demanda por materiais como níquel e cobalto.

Além da química do cátodo, também houve uma evolução no ânodo. Alguns vêm incorporando pequenas porcentagens de silício no ânodo para melhorar a densidade de energia, resultando em uma diminuição da intensidade do grafite na célula. No futuro, há a expectativa de ver a adoção de teores de silício muito maiores com ânodos dominantes de silício ganhando interesse.

Existem vários outros materiais críticos para a operação de uma célula de bateria, como folhas coletoras, aglutinantes e muito mais. Mesmo com o aumento da densidade de energia, a IDTechEx prevê um aumento de 9,4 vezes na demanda anual de materiais usados ​​em células de bateria.

Materiais da bateria

Aumentar a densidade de energia das células da bateria é importante, mas a construção do pacote como um todo também é um ótimo caminho para melhorar a densidade de energia da bateria. O mercado tem reduzido gradativamente a quantidade de materiais utilizados para embalar as células, aumentando a proporção entre o peso da embalagem e o volume que é contabilizado pelas células.

A mudança radical a esse respeito é a adoção de designs de célula para embalagem, onde a natureza modular é removida em favor do empacotamento de todas as células diretamente juntas. Apesar da redução de materiais que isso causa, o rápido crescimento do mercado de EV significa que muitos dos materiais usados ​​em uma bateria terão uma demanda maior.

O gerenciamento térmico é crucial para manter as células em uma temperatura operacional ideal e requer componentes como placas frias e mangueiras de refrigeração. Materiais de interface térmica são necessários para auxiliar na transferência de calor entre as células e a estrutura de resfriamento.

Evitar que a fuga térmica se propague entre as células e fora da bateria requer materiais de proteção passiva contra incêndio. A forma como esses materiais e componentes de gerenciamento térmico são integrados está se tornando simplificada, especialmente com a adoção de designs de célula para embalagem, mas permanecerá como componentes operacionais críticos com demanda crescente.