VW prevê baterias de estado sólido chegando ao mercado nos próximos anos

A Volkswagen vem empreendendo um processo de eletrificação de sua frota. Neste ano de 2020 chegam ao mercado dois modelos totalmente elétricos, o hatch ID3, já lançado, e o SUV ID4, que será apresentado ainda este mês. O cerne da tecnologia elétrica da Volkswagen são carros movidos à bateria, diferentemente de outras empresas (Toyota e Hyundai apostam em células de hidrogênio).

A aposta a montadora nas baterias reside no avanço que tais sistemas vêm experimentando ao longo das últimas décadas. As baterias já existem há centenas de anos, mas foi apenas na última década que a ciência das baterias avançou o suficiente para tornar possíveis os veículos elétricos de longo alcance, como o veículo elétrico Volkswagen ID.4. Entre todas as alternativas, os pesquisadores sugerem que os veículos movidos a bateria mantêm a promessa hoje de reduzir as emissões de carbono dos veículos pessoais o suficiente para ajudar a fazer um progresso significativo contra as mudanças climáticas. A montadora espera ter a próxima evolução dessas baterias para alimentar seus veículos dentro de alguns anos.

As baterias dependem da química básica para funcionar, fórmulas que foram identificadas pela primeira vez por Alessandro Volta em 1799. Basicamente, cada célula da bateria tem dois eletrodos - um positivo (o cátodo), um negativo (o ânodo) - e uma substância intermediária chamada eletrólito . Quando conectados a um circuito elétrico, os elétrons se movem do ânodo para o cátodo através do eletrólito, enquanto os íons se movem na direção oposta, criando corrente elétrica. Em baterias recarregáveis, o processo se inverte.

Não demorou muito depois da invenção das baterias iniciais que as pessoas começaram a fazer experiências com veículos construídos em torno delas. Nos primeiros anos da indústria automotiva, na virada do século 20, os VEs (Veículos Elétricos) estavam entre os mais vendidos, graças à sua operação silenciosa, facilidade de direção e baixa necessidade de manutenção em cidades recém-pavimentadas. Somente quando as estradas melhoraram e os veículos a gasolina se tornaram mais acessíveis é que a primeira era de carros elétricos terminou, auxiliada pelo aumento da prevalência de postos de gasolina, a falta de opções de carregamento para baterias e o curto alcance dos primeiros VEs.

O renascimento moderno dos VWs foi possível graças às baterias de íon-lítio, inventadas pela primeira vez na década de 1970, e a própria história elétrica da Volkswagen mostra o quão longe as baterias VW evoluíram. No início da década de 1970, a Volkswagen construiu algumas vans Microbus convertidas para energia elétrica, usando baterias de chumbo-ácido que você encontra hoje sob o capô dos veículos movidos a gás. A bandeja de baterias no chão fornecia 40 quilômetros de alcance - e acrescentou 837 Kg de peso. Hoje, a maior bateria de íons de lítio na Europa do ID3 contém quase quatro vezes mais energia (82 kWh) com um terço do peso.

E a bateria está no cerne do motivo pelo qual os VEs são considerados por especialistas como uma das melhores opções para veículos que combatem as mudanças climáticas. Os veículos movidos a combustível líquido usam apenas cerca de um terço da energia que contém para mover o veículo - o resto escapa na forma de calor e fricção e gera dióxido de carbono quando queimado. Resíduos semelhantes acontecem com combustíveis alternativos, do etanol ao hidrogênio. Mas, de acordo com a EPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA), os VEs normalmente convertem mais de 75% de sua energia em movimento e, se carregados com energia renovável, têm zero emissões diretas em uso.

A maioria dos proprietários de carros elétricos nunca verá as baterias que alimentam seus veículos. Na plataforma do veículo elétrico Volkswagen MEB, as baterias são embutidas no piso, para distribuição ideal do peso. As baterias de VEs - como as do próximo veículo elétrico ID.4 - não são uma célula enorme. É um pacote modular, onde 24 baterias planas individuais de “bolsa” são empilhadas em um “módulo”, com até 12 módulos e então conectados em uma única unidade como os quadrados de uma barra de chocolate.

Existem várias razões para construir baterias VEs desta forma. Células menores carregam mais energia por lKg. Pode ser fácil adicionar ou subtrair módulos de bateria para oferecer EVs com diferentes faixas e preços. Mais importante ainda, como cada bateria individual pode ser controlada por software, pode ser mais fácil maximizar o fluxo de energia e a vida útil da bateria, ajudando a garantir um fornecimento estável de energia conforme as baterias descarregam.

Esses sistemas podem armazenar e distribuir enormes quantidades de energia elétrica. Uma bateria típica de telefone celular funciona com 3,7 volts; a bateria na plataforma do veículo elétrico MEB da Volkswagen opera a até 408 volts. Isso ajuda a permitir que o ID.4 forneça ampla energia para seus motores elétricos e alimentar todos os acessórios internos, incluindo aquecimento e ar condicionado.

A energia da bateria para veículos apresenta algumas desvantagens. 

Os Veículos Elétricos simplesmente não armazenam tanta energia quanto um veículo de combustível líquido e, portanto, têm alcance mais curto. Pode levar horas para recarregar uma bateria grande com uma fonte doméstica de 110 volts e, embora existam opções de carregamento rápido, o uso diário de carregamento de alta potência pode degradar as células de baterias de carros elétricos. E as baterias são o componente mais caro do veículo.

O Grupo Volkswagen começou a enfrentar esses desafios com a start-up de inovação em baterias QuantumScape e o conceito de bateria de lítio de estado sólido. Hoje, a maioria das baterias de íon-lítio usa um eletrólito líquido ou gel.

Um eletrólito sólido poderia, em teoria, criar uma bateria que retém mais energia por Kg, a um custo menor, com tempos de recarga rápidos em uso normal. O Volkswagen Group investiu aproximadamente $ 300 milhões com QuantumScape desde 2012 para pesquisar e desenvolver essas baterias, com o objetivo de trazer a tecnologia para o mercado nos próximos anos.