Elon Musk prometeu que a Tesla logo teria uma bateria de um milhão de milhas, mais do que o dobro do que os motoristas podem esperar hoje. Um novo artigo sugere que ele não estava exagerando.
Fonte: Wired Magazine
Sinal: Forte
Tendência: Transporte Avançado
EM ABRIL PASSADO, ELON Musk prometeu que a Tesla em breve seria capaz de fornecer energia aos seus carros elétricos por mais de 1 milhão de milhas ao longo de sua vida útil. Na época, a reclamação parecia um pouco exagerada. Isso é mais do que o dobro da quilometragem que os proprietários de Tesla podem esperar obter das baterias atuais de seus carros, que já estão bem além do alcance operacional da maioria das outras baterias de EV. Simplesmente não parecia real - exceto que agora parece que é.
No início deste mês, um grupo de pesquisadores de baterias da Dalhousie University, que tem um acordo exclusivo com a Tesla, publicou um artigo no The Journal of the Electrochemical Society descrevendo uma bateria de íon-lítio que “deve ser capaz de alimentar um veículo elétrico por mais de 1 milhões de milhas ”, perdendo menos de 10 por cento de sua capacidade de energia durante sua vida útil.
Liderado pelo físico Jeff Dahn, um dos maiores pesquisadores de íons de lítio do mundo, o grupo Dalhousie mostrou que sua bateria supera significativamente qualquer bateria de íon de lítio semelhante relatada anteriormente. Eles observaram que sua bateria pode ser especialmente útil para robotáxis autônomos e caminhões elétricos de longa distância , dois produtos que a Tesla está desenvolvendo.
O que é interessante, porém, é que os autores não anunciam os resultados como um avanço. Em vez disso, eles o apresentam como uma referência para outros pesquisadores de bateria. E eles não economizam nos detalhes.
“Detalhes completos dessas células, incluindo composições de eletrodos, cargas de eletrodos, composições de eletrólitos, aditivos usados, etc. foram fornecidos”, escreveram Dahn e seus colegas no artigo. “Isso foi feito para que outras pessoas pudessem recriar essas células e usá-las como benchmarks para seus próprios esforços de P + D.”
Dentro da indústria de EV, as químicas das baterias são um segredo bem guardado. Então, por que o grupo de pesquisa de Dahn, que assinou sua parceria exclusiva com a Tesla em 2016, entregaria a receita para uma bateria tão singular? De acordo com um ex-membro da equipe de Dahn, a resposta provável é que a Tesla já tem pelo menos uma química de bateria proprietária que supera o que é descrito no estudo de referência. De fato, logo após o lançamento do artigo, Tesla recebeu uma patente para uma bateria de íon de lítio que é notavelmente semelhante à descrita no artigo. Dahn, que se recusou a comentar para este artigo, está listado como um de seus inventores.
As baterias de íon-lítio descritas no artigo usam óxido de lítio-níquel manganês-cobalto, ou NMC, para o eletrodo positivo da bateria (cátodo) e grafite artificial para seu eletrodo negativo (ânodo). O eletrólito, que transporta íons de lítio entre os terminais do eletrodo, consiste em um sal de lítio misturado com outros compostos.
As químicas NMC / grafite são conhecidas há muito tempo por aumentar a densidade de energia e a vida útil das baterias de íons de lítio. (Quase todos os carros elétricos, incluindo o Nissan Leaf e o Chevy Bolt, usam produtos químicos NMC em suas baterias, mas notavelmente não o Tesla .) A mistura de eletrólito e aditivos é o que acaba sendo assunto de segredos comerciais. Mas mesmo esses materiais, conforme descritos no artigo, eram bem conhecidos na indústria. Em outras palavras, diz Matt Lacey, um especialista em bateria de íon de lítio do Grupo Scania que não esteve envolvido na pesquisa, “não há nada no molho secreto que fosse secreto!”
Em vez disso, a equipe de Dahn alcançou seus enormes aumentos de desempenho por meio de lotes e lotes de otimização desses ingredientes familiares e ajustando a nanoestrutura do cátodo da bateria. Em vez de usar muitos cristais NMC menores como cátodo, esta bateria depende de cristais maiores. Lin Ma, um ex-aluno de PhD no laboratório de Dahn que foi fundamental no desenvolvimento do projeto do cátodo, diz que essa nanoestrutura de “cristal único” tem menos probabilidade de desenvolver rachaduras quando uma bateria está sendo carregada. Rachaduras no material do cátodo diminuem a vida útil e o desempenho da bateria.
Por meio de sua parceria com a Tesla, a equipe de Dahn foi incumbida de criar baterias de íon-lítio que podem armazenar mais energia e ter uma vida útil mais longa do que as baterias disponíveis comercialmente. Em carros elétricos, essas métricas se traduzem em quão longe você pode dirigir seu carro com uma única carga e quantas cargas você pode tirar da bateria antes que ela pare de funcionar. De modo geral, há uma compensação entre densidade de energia e vida útil da bateria - se você quiser mais de um, terá menos do outro. O grupo de Dahn foi responsável pela tarefa aparentemente impossível de superar essa compensação.
A densidade de energia de uma bateria de íon de lítio é uma das qualidades mais importantes em carros elétricos de consumo, como o Modelo 3 de Tesla . Os clientes desejam dirigir longas distâncias com uma única carga. Os carros mais novos da Tesla podem chegar a 370 milhas por carga , o que está bem além do alcance de veículos elétricos de outras empresas. Na verdade, com base na média de viagens dos americanos, Dahn estima que a maioria dos proprietários de VEs usam apenas cerca de um quarto de carga por dia. Mas para fazer uma frota de robotáxis ou um império de caminhões elétricos de longa distância, a Tesla precisará de uma bateria que possa lidar com ciclos completos de descarga todos os dias.
O problema é que descarregar e recarregar totalmente todos os dias sobrecarrega a bateria e degrada seus componentes mais rapidamente. Mas simplesmente manter a vida útil atual de uma bateria Tesla - cerca de 300.000 a 500.000 milhas - não é suficiente. Os caminhões elétricos de longa distância e os robotáxis estarão acumulando muito mais milhas diárias do que um viajante médio, e é por isso que Musk quer uma bateria que possa durar 1 milhão de milhas.
Musk perguntou, e Dahn atendeu. Como Dahn e sua equipe detalharam em seu artigo de benchmarking, “não é mais necessário fazer uma troca entre densidade de energia e vida útil”. Os resultados da equipe mostram que suas baterias podem ser carregadas e esgotadas mais de 4.000 vezes e perder apenas cerca de 10 por cento de sua capacidade de energia. Para efeito de comparação, um artigo de 2014 mostrou que baterias de íon de lítio semelhantes perderam metade de sua capacidade após apenas 1.000 ciclos.
“Quatro mil ciclos é realmente impressionante”, diz Greg Less, diretor técnico do laboratório de baterias do Energy Institute da University of Michigan. “Um alcance de um milhão de milhas é facilmente realizável com 4.000 ciclos.”
Poucos dias após a publicação do estudo comparativo, Tesla e Dahn receberam uma patente que descrevia uma bateria de íon de lítio de cristal único quase idêntica às baterias descritas no estudo. A bateria patenteada inclui um aditivo de eletrólito chamado ODTO, que as reivindicações da patente podem “melhorar o desempenho e a vida útil das baterias de íon-lítio, ao mesmo tempo em que reduz os custos”.
Não é certo que a bateria descrita na patente seja a bateria de um milhão de milhas que Musk disse que entraria em produção no ano que vem, e nem Tesla nem Dahn estão falando. Mas é uma aposta segura que a bateria proprietária da Tesla tem um desempenho ainda melhor.
Shirley Meng, que dirige o Laboratório de Armazenamento e Conversão de Energia da Universidade da Califórnia em San Diego, diz que muitas empresas de veículos elétricos estão buscando baterias com maior teor de níquel do que o artigo e a patente de Dahn descrevem. Essa abordagem pode aumentar a densidade de energia de uma bateria. Meng diz que o próximo passo é fundir esses designs de alta densidade com uma mistura de eletrólitos e aditivos de alto desempenho. Se é a fórmula que o grupo de Dahn aperfeiçoou, é uma questão em aberto.
“Eu acredito que o objetivo final da equipe de Jeff é demonstrar a vida ultralonga em um cátodo com alto teor de níquel, mas talvez eles precisem de uma mistura completamente diferente do coquetel de eletrólito aditivo”, diz Meng. “Não acho que a mesma fórmula funcione, e é por isso que eles lançaram todas as formulações.”
Qualquer que seja o projeto que acabe entrando em produção na gigantesca Gigafactory da Tesla, os sinais são claros: uma bateria de um milhão de milhas estará aqui em breve.
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