As baterias de lítio mais produzidas no mundo são NCM (Lithium Manganese Nickel), LFP (Lithium Iron Phosphate) e NCA (Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide). Em 2015, a produção de NCM representava 75% do mercado, seguida por NCA (20%) e LFP (15%). No entanto, prevê-se uma mudança considerável: as LFP deverão representar cerca de 35% do mercado em 2030, seguidas pela NCM (30%) e pela NCA (25%).
Esta mudança deve-se a dois factores importantes: a disponibilidade de matérias-primas e características como densidade de energia e de potência, custo, segurança, desempenho e vida útil. Na Figura 1, apresento uma comparação de 1 a 4 para cada uma destas características. De forma simplificada, se uma bateria recebe a nota 3 e outra a nota 4 numa categoria específica, significa que diferem entre si numa relação de aproximadamente 20% a 35%.
A grande vantagem das baterias à base de níquel é a elevada densidade de energia. A NCM, por exemplo, apresenta um excelente equilíbrio entre todas as características importantes. Já o grande destaque da NCA é a relação custo-benefício — 25% inferior à das NCM —, mantendo uma excelente densidade de energia. As LFP, por sua vez, destacam-se pela sua ciclagem extremamente elevada, potência e segurança. Não é por acaso que se têm destacado no mercado e deverão crescer.
As baterias LFP também se sobressaem na relação USD/kWh/ciclo, como exemplificado na Figura 2.
A China é o maior produtor mundial de baterias. Em 2022, era responsável por 77% da produção global, o equivalente a 893 GWh. Em 2027, prevê-se que o país produza 69%, atingindo 6.197 GWh. Isto representa um crescimento quase dez vezes superior em apenas cinco anos.
As baterias estarão presentes tanto em veículos elétricos como em sistemas estacionários e serão amplamente produzidas em todo o mundo, impulsionando a transição energética rumo à eletrificação de todos os setores para a necessária redução de CO₂.
O cenário atual
Atualmente, existem também as grandes fábricas de baterias, conhecidas como Giga Factories, como a CATL, que produz 34% das baterias mundiais e fornece para marcas como Tesla, BMW e Volkswagen.
Este aumento na produção em grande escala de células de baterias e packs contribuiu para a redução do preço de 684 USD/kWh em 2013 para 132 USD/kWh em 2021. Apesar da expectativa de uma nova queda no custo das baterias, estamos a atingir um patamar de estabilização.
No caso dos veículos elétricos, para que um modelo possa percorrer 250 km, são necessários entre 40 kWh e 50 kWh de bateria. Isto significa que, apenas em termos de custo da bateria, o valor situa-se entre 4.000 € e 6.400 €. No entanto, a procura por veículos com maior autonomia, capazes de atingir 400 km ou mais, exige entre 70 kWh e 85 kWh de bateria, elevando os custos para valores entre 8.000 € e 16.000 €, com o peso das plataformas a rondar os 1.500 kg.
Um ponto crítico a considerar é a elevada pegada de carbono associada a estas baterias, que varia entre 0,1 e 0,3 t CO₂/kWh. No caso de um Tesla equipado com uma bateria NCM811 de 85 kWh, a pegada de carbono pode atingir aproximadamente 17 t CO₂. Este impacto está diretamente ligado a dois fatores: a fonte de energia elétrica utilizada no processo produtivo e a mineração das matérias-primas.
Assim, se pretendemos migrar para uma sociedade menos poluente, devemos considerar produzir estas tecnologias em regiões onde a energia é mais limpa e próximo das fontes de recursos minerais, reduzindo assim as emissões associadas ao transporte.
A origem dos veículos elétricos
A origem dos veículos elétricos remonta ao século XIX. Em 1832, o inventor escocês Robert Anderson desenvolveu o primeiro protótipo, embora fosse bastante rudimentar. Durante as décadas seguintes, inovações importantes, como a bateria recarregável (inventada por Gaston Planté em 1859) e o motor elétrico eficiente (desenvolvido por Zénobe Gramme em 1873), pavimentaram o caminho para veículos elétricos mais práticos.
No final do século XIX e início do século XX, os veículos elétricos começaram a ganhar popularidade, especialmente em áreas urbanas, onde a poluição sonora e atmosférica dos motores a combustão interna eram preocupações crescentes. Empresas como a Detroit Electric e a Baker Electric produziram milhares de veículos elétricos.
No entanto, com o surgimento do modelo Ford T, que era mais barato e fácil de produzir em massa, aliado à descoberta de grandes reservas de petróleo, os veículos a gasolina rapidamente dominaram o mercado. Os veículos elétricos entraram, então, num longo período de obscuridade, até que o crescente interesse na sustentabilidade e os avanços na tecnologia de baterias revitalizaram a sua popularidade no final do século XX e início do século XXI.
A origem das baterias de lítio
A história das baterias começa no século XVIII. Em 1780, o anatomista italiano Luigi Galvani descobriu que o tecido muscular de uma rã se contrai ao entrar em contacto com metais diferentes, fenómeno que chamou de “eletricidade animal”. Inspirado por Galvani, em 1800, Alessandro Volta, um físico italiano, inventou a primeira bateria verdadeiramente funcional, conhecida como Coluna de Volta.
Volta empilhou discos de zinco e cobre separados por discos de cartão embebidos em ácido ou numa solução salina, criando uma corrente elétrica estável. Este invento marcou o início da era das baterias, possibilitando o desenvolvimento da eletricidade como uma fonte de energia prática para experimentos e, mais tarde, para aplicações industriais e domésticas.
No século XIX, outros avanços foram feitos, como a bateria Daniell, inventada por John Frederic Daniell em 1836, que era mais estável e segura do que a Coluna de Volta. Em 1859, Gaston Planté desenvolveu a primeira bateria recarregável, a bateria de chumbo-ácido, que ainda hoje é utilizada em automóveis. O final do século XIX e o século XX assistiram ao desenvolvimento de muitos outros tipos de baterias, incluindo a bateria de níquel-cádmio (NiCd) em 1899, a bateria de níquel-ferro (NiFe), criada por Thomas Edison em 1901, bem como a bateria de níquel-metal hidreto (NiMH) e a bateria de ião de lítio (Li-ion) no final do século XX. Estas inovações possibilitaram uma ampla gama de aplicações, desde o armazenamento de energia para dispositivos electrónicos portáteis até ao uso em veículos elétricos.
Como as baterias chegaram aos veículos elétricos?
As baterias foram incorporadas nos veículos elétricos modernos como resultado de décadas de investigação e desenvolvimento focados na melhoria da eficiência, capacidade de armazenamento de energia e redução de custos. A jornada começou com as baterias de chumbo-ácido, as primeiras a serem utilizadas em veículos elétricos no final do século XIX e início do século XX, devido à sua capacidade de fornecer uma corrente elétrica estável. No entanto, estas baterias eram pesadas, tinham uma densidade de energia relativamente baixa e um ciclo de vida curto, o que limitava a autonomia dos veículos.
Com o advento das baterias de níquel-cádmio (NiCd) e de níquel-metal hidreto (NiMH) na segunda metade do século XX, os veículos elétricos ganharam um melhor desempenho devido à maior densidade de energia destas tecnologias, permitindo uma maior autonomia. Apesar destas melhorias, estas baterias ainda enfrentavam limitações, como o efeito de memória (no caso das NiCd) e custos relativamente elevados.
O grande avanço surgiu com o desenvolvimento das baterias de ião de lítio (Li-ion) no final do século XX. Estas oferecem uma densidade de energia significativamente superior, um ciclo de vida mais longo e tempos de recarga mais rápidos em comparação com as tecnologias anteriores. Além disso, o lítio é o metal mais leve e proporciona uma elevada capacidade de armazenamento de energia, o que se traduz em veículos elétricos com maior autonomia e desempenho. A melhoria contínua na tecnologia das baterias de ião de lítio, aliada à redução dos custos de produção, tornou os veículos elétricos uma alternativa viável aos veículos com motor de combustão interna.
Adicionalmente, a crescente preocupação com as alterações climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa impulsionaram a procura por meios de transporte mais limpos e sustentáveis, acelerando o desenvolvimento e a adoção dos veículos elétricos. A inovação contínua no campo das baterias, incluindo investigações em novas tecnologias, como as baterias de estado sólido, promete veículos elétricos ainda mais eficientes e com maior autonomia no futuro.
Hudson Zanin