À medida que aumenta a demanda por computação móvel e carros totalmente elétricos, as limitações da atual tecnologia de baterias apresentam um bloqueio de estrada. Inventada nos anos 1790 pelo físico italiano Alessandro Volta, a bateria elétrica tem sido o cavalo de batalha de inúmeros aparelhos, dispositivos e máquinas.
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As dispositivos de consumo se tornaram menores e seu uso ininterrupto antes de recarregar mais importante, também se tornou cada vez mais importante que as baterias se tornem tanto miniaturizadas quanto mais eficientes energeticamente. Isto, contudo, provou ser um obstáculo tecnológico que, se ultrapassado, será um desenvolvimento importante e rentável para a economia de alta tecnologia de amanhã.
Tecnologia de baterias
Todas as baterias eléctricas dependem da reacção química fundamental de redução e oxidação (redox) que pode ocorrer entre dois materiais diferentes. Estas reacções são alojadas num recipiente fechado e selado. O cátodo, ou terminal positivo é reduzido pelo ânodo, ou terminal negativo, onde ocorre a oxidação. O cátodo e o ânodo são separados fisicamente por um eletrólito que permite que os elétrons fluam facilmente de um terminal para o outro. Esse fluxo de elétrons causa um potencial elétrico, que permite uma corrente elétrica quando um circuito é completado.
Bateria de consumo descartável (conhecida como baterias primárias), como as células de tamanho AA e AAA produzidas por empresas como Energizer (ENR), dependem de uma tecnologia que não é propícia a aplicações modernas. Para uma, elas não são recarregáveis. Estas chamadas baterias alcalinas utilizam um cátodo de dióxido de manganês e um ânodo de zinco, separados por um electrólito diluído de dióxido de potássio. O electrólito oxida o zinco no ânodo enquanto o dióxido de manganês no cátodo reage com os iões de zinco oxidados para criar electricidade. Gradualmente, os subprodutos de reacção acumulam-se no electrólito e a quantidade de zinco a oxidar é diminuída. Eventualmente, a bateria morre. Estas baterias normalmente fornecem 1,5 volts de electricidade e podem ser dispostas em série para aumentar essa quantidade. Por exemplo, duas pilhas AA em série fornecem três volts de electricidade.
As pilhas recarregáveis (conhecidas como pilhas secundárias) funcionam de forma muito semelhante, utilizando uma reacção de oxidação de redução entre dois materiais, mas também permitem que a reacção flua em sentido inverso. As baterias recarregáveis mais usadas hoje em dia no mercado são as de iões de lítio (LiOn), embora várias outras tecnologias também tenham sido experimentadas na procura de uma bateria recarregável utilizável, incluindo o níquel-hidreto metálico (NiMH) e o níquel-cádmio (NiCd).
NiCd foram as primeiras baterias recarregáveis disponíveis comercialmente para utilização no mercado de massas, mas sofreram apenas um número limitado de recargas. As baterias NiMH substituíram as baterias NiCd e foram capazes de ser carregadas com maior frequência. Infelizmente, elas tinham uma vida útil muito curta, portanto, se não fossem usadas logo após serem produzidas, poderiam ser ineficazes. As baterias LiOn resolveram estes problemas vindo num recipiente pequeno, tendo uma longa vida útil, e permitindo muitas cargas. Mas, as baterias LiOn não são as mais comumente usadas em eletrônicos de consumo, como dispositivos móveis e computadores portáteis. Estas baterias são muito mais caras do que as baterias alcalinas descartáveis e normalmente não vêm nos tamanhos tradicionais de AA, AAA, C, D etc.
O último tipo de baterias recarregáveis que a maioria das pessoas está familiarizada é o das baterias líquidas de chumbo-ácido, mais comumente usadas como baterias de carro. Estas baterias podem fornecer muita energia (como quando se liga um carro a frio), mas contêm materiais perigosos, incluindo chumbo e ácido sulfúrico, que é usado como electrólito. Estes tipos de baterias devem ser descartados com cuidado para não poluir o ambiente ou causar danos físicos àqueles que as manuseiam.
O objetivo da tecnologia atual de baterias é criar uma bateria que possa igualar ou melhorar o desempenho das baterias LiOn, mas sem o custo pesado associado à sua produção. Dentro da família dos iões de lítio, os esforços têm sido concentrados na adição de ingredientes adicionais para aumentar a eficácia da bateria e ao mesmo tempo baixar a etiqueta de preço. Por exemplo, arranjos de lítio-cobalto (LiCoO2) são agora encontrados em muitos telefones celulares, laptops, câmeras digitais e produtos de desgaste. As células de lítio-manganês (LiMn2O4) são mais comumente usadas para ferramentas elétricas, instrumentos médicos, e trens de força elétricos, como aqueles encontrados em veículos elétricos.
Correntemente, há equipes conduzindo pesquisas e desenvolvimento para aumentar o desempenho das baterias à base de lítio. As baterias de lítio-ar (Li-Air) são um novo desenvolvimento excitante que pode permitir uma capacidade de armazenamento de energia muito maior – até 10 vezes mais capacidade do que uma bateria LiOn típica. Essas baterias literalmente “respirariam” o ar usando oxigênio livre para oxidar o ânodo. Embora esta tecnologia pareça promissora, há uma série de problemas tecnológicos, incluindo uma rápida acumulação de subprodutos que diminuem o desempenho e o problema da “morte súbita” em que a bateria deixa de funcionar sem aviso prévio.
As baterias de lítio-metal também são um desenvolvimento impressionante, prometendo quase quatro vezes mais eficiência energética do que a actual tecnologia de baterias de automóveis eléctricos. Este tipo de bateria também é muito menos dispendioso de produzir, o que fará baixar o custo dos produtos que as utilizam. As questões de segurança, no entanto, são uma grande preocupação, uma vez que estas baterias podem sobreaquecer, causar incêndios ou explodir se danificadas. Outras novas tecnologias que estão a ser trabalhadas incluem o enxofre de lítio e o silício-carbono, mas estas células ainda se encontram nas fases iniciais da investigação e ainda não são comercialmente viáveis. Há também vários desenvolvimentos ocorrendo em torno de baterias de energia solar.
Investindo em tecnologia de baterias
Se e quando a tecnologia de baterias decolar nestas novas e excitantes direções, diminuirá o custo de produção para a eletrônica de consumo e para veículos elétricos como os produzidos pela Tesla Motors (TSLA). A Tesla anunciou recentemente a construção de uma ‘gigafábrica’ para não só produzir mais veículos mas também produzir as suas próprias baterias LiOn em casa, em conjunto com a gigante electrónica japonesa Panasonic (ADR:PCRFY). Ao tomar o problema da produção de baterias nas suas próprias mãos, Tesla pode ter encontrado uma ótima maneira de ganhar exposição ao investimento tanto em carros elétricos quanto em tecnologia de baterias.
O mercado de tecnologia de baterias é um tanto míope com novas tecnologias, desenvolvimentos e parcerias que catapultam o avanço da indústria. O “Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018” da Visiongain fornece uma grande visão sobre o mercado de tecnologia de baterias e seus principais fabricantes. As empresas no relatório incluem o seguinte:
- A123 Systems Inc.
- Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
- Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
- BYD Company Ltd.
- CBAK Energy Technology Inc.
- Comtemporary Amperex Technology Ltd (CATL)
- GS Yuasa Corporation
- Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co.., Ltd
- Hitachi Chemical Co., Ltd.
- Johnson Controls International Plc.
- LG Chem
- Microvast Inc.
- Panasonic Corporation
- Saft Batteries
- Samsung SDI Co. Ltd.
- TDK Corporation/Amperes Technology Ltd (ATL)
- Tesla Inc.
- Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co, Ltd.
- Tianneng Power International Ltd
- Toshiba Corporation
Outros nomes notáveis na indústria de baterias incluem o seguinte:
- Arotech Corp (ARTX) desenvolve e distribui baterias de lítio e zinco-ar e conta os militares dos EUA entre os seus clientes.
- PolyPore Inc. (PPO) produz baterias de polímero de lítio altamente especializadas principalmente para usos industriais e médicos.
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) é uma empresa de energia alternativa que tem uma joint-venture maioritária com a Delphi Automotive (DLPH) para criar soluções de baterias para veículos eléctricos.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) é uma empresa britânica que utiliza a nanotecnologia e o material grafeno para produzir, entre outras coisas, baterias à base de grafite.
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) também está conduzindo pesquisas para aplicações baseadas em grafite.
- EnerSys é um puro jogo de baterias. Atualmente é o maior fabricante de baterias industriais do mundo.
Há também o Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). este ETF procura rastrear o Solactive Global Lithium Index e fornece exposição a uma carteira diversificada de empresas de capital aberto que estão focadas principalmente em lítio, incluindo a mineração de lítio, refino de lítio e uso de lítio na produção de baterias. As principais participações no LIT ETF a partir de outubro de 2018 incluíam o seguinte:
- FMC CORP 18,06%
- ALBEMARLE CORP 17.64%
- SAMSUNG SDI CO LTD 7,40%
- ENERSYS 6,91%
- QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6,62%
- LG CHEM LTD 5.41%
- GS YUASA CORP 4,95%
- PANASONIC CORP 4,60%
- TESLA INC 4,37%
- SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4,24%
The Bottom Line
Batteries for power have always been important in the modern era. No entanto, com o advento da computação móvel e dos carros elétricos, sua importância só vai continuar a crescer. Neste momento, por exemplo, as baterias eléctricas representam mais de metade do custo de um automóvel Tesla.
Por causa da sua crescente importância, a pesquisa de baterias mais novas e melhores recarregáveis está a ganhar força. As baterias de lítio-ar e lítio-metal podem ser o avanço que importa. Se estas tecnologias acabarem por dar frutos, o investimento em grandes empresas envolvidas na produção de baterias, em fabricantes de iões de lítio puro ou a exposição indirecta através de produtores de lítio-metal pode ajudar a reforçar o desempenho futuro de uma carteira.