As baterias de íon-lítio já mudaram o mundo, colocando smartphones, laptops e fones de ouvido sem fio nas mãos de bilhões de pessoas. Agora elas estão desencadeando outra revolução.
A tecnologia de escolha tanto nos carros elétricos quanto na indústria incipiente de armazenamento de eletricidade, as células serão um pilar vital na transição global para uma economia livre de carbono.
À medida que a demanda aumenta, a implementação promete grandes recompensas. As receitas globais de baterias de íon-lítio crescerão para US$ 700 bilhões (cerca de R$ 3,4 trilhões) por ano até 2035, de acordo com a consultoria Benchmark Mineral Intelligence, momento em que serão necessários US$ 730 bilhões (cerca de R$ 3.6 trilhões) para investir em fábricas de baterias, minas e instalações de processamento, com o objetivo de atender à necessidade não apenas de lítio, mas também de outros ingredientes, incluindo níquel e cobalto.
"Essa será uma corrida para ver quem pode desenvolver as tecnologias mais avançadas do mundo", disse Glen Merfeld, diretor de tecnologia da Albemarle, a maior empresa de lítio do mundo.
Com duas principais vertentes da tecnologia de íons de lítio competindo pela supremacia, vencedores e perdedores serão decididos nos próximos anos, à medida que empresas correm para fornecer para o mundo, desde fabricantes de automóveis como Tesla, Volkswagen e BYD, até fabricantes de baterias como CATL e LG Energy Solution, e empresas de mineração como Glencore e BHP.
Ascensão do íon de lítio
Inventadas na década de 1970 por cientistas sediados nos Estados Unidos e comercializadas em 1991 pela Sony do Japão para alimentar suas câmeras de vídeo Handycam, as células de íon de lítio possuem muito mais potência em unidades menores e mais leves do que as unidades de chumbo-ácido ou níquel-cádmio que anteriormente dominavam o mercado de baterias recarregáveis.
Tendo ajudado a dar origem à indústria de eletrônicos portáteis, as baterias de íon de lítio têm lutado contra tecnologias concorrentes para se tornarem a força dominante nos carros elétricos após uma queda de 90% no custo ao longo da última década. De acordo com a consultoria de baterias Rho Motion, sediada em Londres, a implantação global total da tecnologia poderá ultrapassar 1 terawatt-hora este ano, equivalente a 17 milhões de carros elétricos de tamanho médio.
Enquanto a demanda também está prestes a aumentar para o armazenamento de energia na rede - uma indústria que precisará expandir enormemente para lidar com a natureza intermitente da energia solar e eólica à medida que as usinas de combustíveis fósseis são eliminadas - a grande maioria dos investimentos está fluindo para o mercado muito maior de veículos elétricos.
Todas as baterias funcionam com o mesmo princípio, produzindo uma corrente elétrica à medida que um fluxo de íons - átomos eletricamente carregados - passa por um material químico conhecido como eletrólito, do ânodo para o cátodo, os dois eletrodos da célula. O fluxo é revertido durante o processo de recarga.
Lítio-íon se refere a uma categoria inteira de baterias, descrevendo o tipo de íon transferido entre o ânodo e o cátodo, em vez dos materiais dos eletrodos em si, que variam amplamente.
As inovações avançadas de materiais levaram a uma variedade de baterias de íon-lítio, atendendo não apenas a diferentes aplicações, mas também às características desejadas por fabricantes de automóveis ou empresas de serviços públicos. Isso inclui custo, peso, autonomia de condução, tempo de carregamento, número de ciclos de carga antes da falha e segurança - uma preocupação crescente devido a uma série de incêndios causados por dispositivos de íon-lítio.
"O íon de lítio nos proporcionou uma plataforma para descobrir novos materiais que poderiam ser utilizados no ânodo, cátodo e eletrólito", disse Venkat Srinivasan, diretor do Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, parte de um laboratório nacional dos Estados Unidos.
Os ânodos são tipicamente feitos de grafite e ditam a rapidez com que uma bateria pode ser carregada, enquanto os cátodos, que são feitos de uma variedade de materiais, são o principal determinante do custo de uma bateria e da quantidade de energia que ela pode armazenar.
No mercado de carros elétricos, duas principais químicas de cátodo estão competindo: NMC, que utiliza lítio, níquel, manganês e cobalto em quantidades variadas, e LFP feito de lítio, ferro e fosfato.
Corrida entre duas tecnologias
Os fabricantes sul-coreanos LG Energy Solution e Samsung SDI se destacam na produção de cátodos NMC, que são usados na maioria dos veículos elétricos vendidos no Ocidente, onde sua maior autonomia é mais adequada aos hábitos de condução. No entanto, empresas chinesas ainda representam 75% da produção global, de acordo com dados da Benchmark.
A China é dominante nas baterias de LFP, representando 99% da produção mundial. A tecnologia tem causado um grande impacto no país devido às melhorias na densidade de energia, aos níveis de segurança mais altos e ao custo mais baixo em comparação com as células que contêm cobalto e níquel, além de avanços na fabricação. A participação do LFP no mercado chinês aumentou para 60% em apenas três anos, de acordo com estimativas da Rho Motion.
"Os chineses decifraram o código do LFP", disse Chris Berry, presidente da House Mountain Partners, uma empresa de consultoria em metais de bateria sediada em Washington.
A batalha entre as químicas dos cátodos exercerá uma enorme influência sobre a oferta e demanda global de lítio, níquel, cobalto e manganês, ajudando ou frustrando países fornecedores como Indonésia, República Democrática do Congo e Chile.
Enquanto isso, as escolhas dos consumidores, políticos e fabricantes de automóveis desempenharão um papel crucial em consolidar ou diminuir o domínio da China sobre o mercado global de veículos elétricos, arriscando uma transição energética mais lenta e custosa.
"Um terço do valor de um carro de passageiros é a bateria", afirmou Dirk Uwe Sauer, professor de pesquisa em bateria e sistemas de energia na Universidade RWTH Aachen, na Alemanha. "Ao não ter controle dessa tecnologia, teremos muitas dificuldades no futuro próximo em um mundo onde não se pode ter certeza de quem será seu amigo e entregará coisas amanhã."
Start-ups ocidentais estão trabalhando no desenvolvimento de sua própria tecnologia LFP, enquanto fabricantes de baterias coreanos estão correndo atrás dos chineses. A LG Energy Solution, maior produtora de baterias para veículos elétricos depois da chinesa CATL, anunciou em março que alocaria US$ 2,3 bilhões (R$ 11,4 bilhões) de um investimento de US$ 5,5 bilhões (R$ 27,2 bilhões) em manufatura no Arizona (EUA) para a produção de baterias LFP para sistemas de armazenamento de energia.
"Você está falando sobre construir infraestrutura para uma indústria que precisa crescer 10 vezes nos próximos anos", explicou Michael Finelli, presidente de iniciativas de crescimento na Solvay, um fornecedor de componentes de bateria. "Embora uma bateria seja apenas um dispositivo de armazenamento, ela é um componente crítico da transição energética... Essas coisas agora são consideradas itens de segurança nacional. Você não quer depender de outro país."
Montadoras globais estão pedindo às empresas sul-coreanas para fabricarem baterias LFP, mas "a Coreia não pode vencer uma guerra de preços com a China nesse segmento, dado o enorme apoio estatal da China", avaliou Sun Yang-Kook, especialista em baterias da Universidade Hanyang em Seul.
Ao assumir a liderança da LFP, os fabricantes chineses desenvolveram meios de produzir a tecnologia de forma barata e em grande escala, colocando o Ocidente em uma situação difícil.
A Ford, por exemplo, se viu no centro de uma tempestade política em Washington após firmar parceria com a CATL em um acordo de licenciamento para produzir baterias LFP nos Estados Unidos.
O dilema do Ocidente sobre a dominação da China
Nos próximos anos, é provável que as baterias de íon-lítio passem por ajustes que melhorem o desempenho e reduzam o custo, por exemplo, adicionando manganês ao cátodo, misturando mais silício no ânodo de grafite ou aumentando o níquel em detrimento do cobalto nas células NMC.
Alguns esperam mudanças mais radicais, argumentando que tecnologias de próxima geração, como baterias de íons de sódio e de estado sólido, poderiam ganhar espaço nesta década.
Mas Tim Wood-Dow, analista líder de níquel e cobalto na Trafigura, uma das maiores empresas de comércio de commodities do mundo, afirmou que o maior fator de mudança no mercado de baterias na próxima década será a direção que o Ocidente seguirá em relação aos dois principais tipos de cátodo.
"Os investimentos em baterias têm sido todos em NMC no Ocidente", disse ele, mas "pode haver uma mudança significativa para LFP mais adiante nesta década".
A escolha para os Estados Unidos e a Europa, dizem os especialistas em baterias, representa, em última instância, o delicado equilíbrio que o Ocidente deve alcançar entre reduzir a dependência da China ou aceitá-la como o custo de manter acesso a tecnologias altamente competitivas e acessíveis.
"O problema é como competir com a China", disse Shirley Meng, cientista de materiais da Universidade de Chicago, acrescentando que, embora o governo dos EUA esteja buscando reduzir a dependência do país em relação à nação asiática, "os chineses têm o know-how... não faz sentido reinventar a roda quando os chineses otimizaram o processo".
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