Nos automóveis convencionais a gasolina, ou diesel, era a sofisticação das mecânicas que os fazia ser mais potentes e rápidos, com a Ferrari e a Lamborghini a figurar entre o grupo de construtores dominantes. Mas se os objectivos fossem antes o preço baixo e a economia, então era necessário apontar a outro tipo construtores, aqueles com mecânicas mais pequenas, simples e baratas, que com acelerações menos exuberantes conseguiam preços mais acessíveis.
Se esta era a realidade nos veículos convencionais, com motorizações a combustíveis fósseis, na era dos automóveis eléctricos tudo depende do tipo da bateria. Quem tiver acesso à tecnologia mais avançada, que lhe permita uma maior densidade energética, pode dar-se ao luxo de produzir, em simultâneo, uma versão de um carro eléctrico que seja mais potente e com grande autonomia, para depois, em alternativa, conceber outra versão mais acessível.
O que há de novo?
Sempre que se fala de baterias de automóveis eléctricos, fala-se de packs – essencialmente uma grande caixa de alumínio, com sistema de refrigeração – e de células. Estas sim são importantes, pois são elas que armazenam a energia. Para se ver até que ponto são importantes, recordemos que o Renault Zoe tinha na primeira versão um pack de baterias com uma capacidade de 22 kWh. Trocou-o depois por um de 41 kWh, o que lhe permitiu quase duplicar a autonomia. Contudo, manteve as 192 células que a compunham e o mesmo modelo, as 18650 (cilíndricas e pouco maiores do que uma pilha AA, com 18 mm de diâmetro e 65 mm de altura). Só que devido a recorrer a outra tecnologia, cada uma delas manteve a voltagem nominal nos 3,75V, mas elevou a amperagem de 36Ah para 63,4Ah (192×63,4×3,75=45,6 kWh de capacidade total, ou 41 kWh útil).
Outro exemplo, talvez menos espampanante, é-nos dado pela Tesla, que tinha a bateria com capacidade fixada nos 75 kWh. Mantendo as células 18650 da Panasonic, com ligeiras alterações no ânodo, conseguiu elevar a capacidade para 90 kWh, o que lhe permitiu incrementar a autonomia e montar motores mais possantes.
A novidade agora vem do lado dos fabricantes sul-coreanos de acumuladores, com a LG Chem, a mesma que fabrica as células para a Renault, a anunciar que, afinal, as baterias conhecidas como NCM 811, previstas para dentro de três a cinco anos, vão estar disponíveis já em 2019. E a LG Chem não vai estar sozinha neste salto para a frente, em termos tecnológicos, pois as suas conterrâneas Samsung SDI e SK Innovation, bem como a chinesa CATL, preparam-se para seguir as suas pisadas rapidamente.
O que é isso das baterias NCM 811?
Apesar da denominação, continuam a ser baterias de lítio, como todas as outras. As baterias podem parecer uma coisa do outro mundo, mas são dispositivos relativamente simples, cujo funcionamento pode ver na galeria acima. No fundo, trata-se de um pequeno contentor hermético, onde existem dois eléctrodos, sendo um negativo, o ânodo, e o outro positivo, o cátodo. Ambos mergulhados numa “sopa” química denominada electrólito. Quando recarregamos a bateria, forçamos os electrões de lítio a depositar-se junto ao ânodo, para depois e à medida que utilizamos a energia armazenada, os electrões se passearem rumo ao cátodo.
As novas baterias NCM 811 até poderiam ser denominadas LNCM 811, isto porque além de níquel, cobalto e manganês, incluem igualmente lítio (LiNiMnCoO2). Mas para facilitar, nas baterias modernas, como se parte do princípio que contêm sempre lítio, deixa-se cair este componente, mencionando-se exclusivamente os restantes. Se NCM significa níquel, cobalto manganês (os materiais utilizados no cátodo), o segredo está no 811, que quer dizer que o cátodo, o tal eléctrodo positivo – que é hoje em dia onde se concentram as maiores inovações –, é formado por 8 partes de níquel, 1 de óxido de cobalto e 1 de manganês. Isto significa que apenas foi utilizado 10% de cobalto, o material mais caro de qualquer bateria, que historicamente está sempre presente em maiores quantidades (até 30%). Em compensação, o níquel, que andava confortavelmente pelos 30%, sobe na 811 para 80%, o que não é grave, pois há muito e é barato, por isso mesmo.
Quais as vantagens das baterias NCM 811?
No capítulo das vantagens e face às primeiras NCM, que eram do tipo 111 (uma parte de cada elemento, ou seja, 33,3% cada, tendo depois evoluído para 442, 523 e 622), as novas 811 são muito mais baratas, permitindo antever a breve trecho um custo por kWh de 100 dólares. Para termos uma ideia do que isto representa, é bom recordar que Tesla ainda está nos 130$ (devido ao grande investimento que fez com a Panasonic, apesar de ainda usar baterias NCA, de níquel, cobalto e óxido de alumínio), a Renault e a Nissan nos 200$ e a VW acima disto com os e-up! e e-Golf.
É exactamente atrás desta redução de custos que está a VW, especialmente depois de anunciar que pretende comercializar o I.D. Neo no início de 2020 por 23.000€ (na Alemanha) e um pequeno SUV da gama I.D. no ano seguinte, por apenas 18.500€, valores incrivelmente baixos e só passível de serem atingidos com um enorme corte no preço do kWh.
Outra das vantagens das NCM 811 tem a ver com a densidade energética, que deverá atingir 300 Wh/kg, o que se traduz por muito mais energia com o mesmo peso, ou muito menos peso com a mesma energia, com esta segunda opção a fazer maravilhas ao preço, enquanto a primeira se destina a veículos mais potentes e com mais autonomia. Mais uma vez, para termos uma ideia do potencial das NCM 811, as melhores baterias do mercado em automóveis eléctricos são as da Tesla, com 265 Wh/kg (ao nível das células), à frente da média do mercado com 200 Wh/kg.
Ainda no capítulo dos trunfos das NCM 811, somos forçados a considerar o número de ciclos, bem como a menor perda de capacidade ao longo do tempo de vida. Em vez de pouco mais de 1.500 ciclos das restantes NCM, as NCM 811 podem assegurar mais de 4.000 ciclos de carga/descarga até ficarem reduzidas a 70% da capacidade, sendo que até aos 2.000 ciclos perdem apenas 5%.
E as desvantagens?
Mas nem tudo são rosas, uma vez que também as NCM 811 parecem ter algumas limitações. E se quer um exemplo, olhe para a Tesla, que utiliza nos seus veículos as NCA, que continua a fazer evoluir – com Musk a revelar que já usam menos cobalto do que as futuras NCM 811, uma vez que de início eram necessários 11 kg por carro e agora apenas 4,5 kg –, fabricando-as no formato 18650 para os Model S e X e 21700 para o mais recente Model 3. Contudo, a marca americana recorre à tecnologia NCM 811 para os acumuladores das Powerwall, as baterias estacionárias para uso doméstico e industrial, mas que prefere não utilizar nos veículos.
As razões que levam a Tesla a não usar as NCM 811 nos S, X e 3, apesar de controlar esta tecnologia, deve prender-se com a maior instabilidade que as 811 possuem, fruto da redução do cobalto e do incremento do níquel. Depois de recarregada a bateria, o NI4+ fica bastante instável, podendo reagir de forma não desejada com o electrólito. Delicada é também a possibilidade de os compostos de lítio se decomporem durante as cargas, libertando gases e inchando as células, que podem rebentar, especialmente as de bolsa.
Por fim, os cátodos das novas baterias têm de ser produzidos em ambiente inerte, para evitar qualquer tipo de reacção com a atmosfera. Não sendo impossível de resolver, esta necessidade vai incrementar o custo de produção, que a redução da quantidade de cobalto visava alcançar. Estes são os desafios para as baterias com excesso de níquel (e falta de cobalto e manganês) apresentam há muito, sendo de esperar que a LG Chem, a Samsung SDI, a SK Innovation e a CATL tenham conseguido resolver. Quanto à Tesla e a Panasonic, pelo seu lado, tudo indica que tentarão criar as NCMA, ou seja, juntar óxido de alumínio ao cátodo, para ajudar a controlar o excesso de níquel.
E vamos ficar por aqui em termos de evolução?
Nada disso. A tecnologia das baterias vai continuar a evoluir e as sólidas, aquelas em que o electrólito líquido é substituído por uma substância viscosa ou mesmo sólida, estão, segundo alguns especialistas, a cinco anos de distância. E até uma cientista portuguesa envolvida numa dessas soluções, porque, aparentemente, vão existir vários tipos de baterias sólidas. A vantagem desta solução vai estar nos custos, na densidade energética e potência com que podem ser recarregadas, sem risco de sobreaquecimento ou incêndio.
Mas há outras soluções, como as prometedoras Li-Air, baterias que funcionam como uma célula de combustível. Apresentam vantagens teóricas em matéria de alta densidade energética, mas estão limitadas pela necessidade de não utilizar o ar da atmosfera, com demasiadas impurezas além do oxigénio e hidrogénio. Não será uma tecnologia que vá estar disponível amanhã, ou dentro de cinco anos, mas com a quantidade de verbas que se estão alocar à investigação, até pode ser que, em breve, sejamos surpreendidos.
