As baterias de estado sólido substituirão as de íon-lítio?

As baterias de estado sólido com lítio metálico substituirão quase completamente as baterias de íon-lítio utilizadas hoje na produção de veículos elétricos devido à sua maior autonomia e segurança e ao seu menor tempo de carregamento e impacto climático, conclui um relatório do centro de pesquisa British Faraday Institution.

Há várias empresas que analisam a viabilidade de produção de lítio metálico – como a chilena SQM, que confiou à Clorar Ingeniería, startup argentina sediada na província de Santa Fé, a avaliação desta opção graças à sua experiência com este material e eletroquímica processos.

A BNamericas conversou com Bruno Spadillero, diretor da Clorar Ingeniería, para saber mais sobre este projeto e como baterias que utilizam eletrólitos sólidos podem substituir as baterias de íon-lítio com eletrólitos líquidos no mercado internacional.

BNamericas: Em que consiste o projeto com a SQM?

Spadillero: Estamos há anos trabalhando em lítio metálico, que é um metal prateado muito leve. Temos até subsídio estatal na Argentina para realizar os primeiros testes de lítio metálico com apoio do Ministério da Ciência e Tecnologia. Quando a SQM procurou empresas para se envolver na produção de lítio metálico, oferecemos estudo, documentação de engenharia, propostas de instalações, investimentos, equipamentos e até lítio metálico feito com carbonato de lítio ou cloreto de lítio, produzido em sua própria fábrica. Encontramos uma empresa [SQM] que vem fazendo muitos investimentos em paralelo e que tem gente muito qualificada em P&D. Portanto, vemos muito potencial neste projeto.

BNamericas: Por que há tanto interesse no lítio metálico?

Spadillero: A possibilidade de crescimento. As baterias de íon-lítio não contêm lítio metálico e as únicas que contêm hoje são células-botão ou baterias não recarregáveis. Mas há muito interesse na fabricação de baterias de estado sólido com lítio metálico devido, principalmente, à sua alta capacidade de energia elétrica por massa. Além disso, os eletrólitos semissólidos são mais seguros do que o eletrólito líquido dentro da bateria, embora isso seja projetado, uma vez que ainda não há demanda industrial para esta bateria. Algumas empresas estão se preparando para esse cenário. A bateria de estado sólido é a próxima geração da bateria de íon-lítio e exigirá muito lítio como metal. Isto pode diminuir o uso de outras formas de lítio, como carbonato e hidróxido.

BNamericas: Quanto lítio metálico é produzido globalmente hoje?

Spadillero: O lítio metálico tem uso limitado no mundo. São fabricadas cerca de 5 mil toneladas por ano (t/a), concentradas na China com cerca de 85%. Juntamente com os EUA e a Rússia, são os únicos três países que fabricam lítio metálico. É utilizado em ligas com alumínio, na indústria nuclear, na indústria militar e na produção de catalisadores para o setor petroquímico.

BNamericas: Quais são as projeções do mercado de baterias de lítio metálico?

Spadillero: O mercado atual produz cerca de 5.000 t/ano deste tipo de baterias e até 2030 espera-se que aumente para entre 150.000 e 180.000 t/ano. Queremos estar preparados para tal cenário.

BNamericas: A América Latina tem capacidade para produzir lítio metálico?

Spadillero: Na Expomin [feira chilena de mineração] ouvi um produtor dizer que os países do triângulo do lítio na América do Sul deveriam produzir apenas carbonato de lítio e outro sal associado, porque não houve desenvolvimento tecnológico para fabricar produtos como o líquido metálico. Mas creio que Chile, Argentina e Bolívia têm conhecimento suficiente para fabricá-lo. O Chile realiza o processo de eletrólise e possui know-how na produção de cobre, já que também é produzido através do fenômeno de eletrodeposição.

Este mesmo fenômeno de eletrólise é utilizado na produção de alumínio na Argentina, e a Bolívia é produtora de estanho metálico, chumbo e outros metais. A Clorar está mostrando que ele pode ser produzido industrialmente. Obviamente, são necessários investimentos e acesso à energia elétrica em alta quantidade e qualidade. Existem parques solares e geração de eletricidade nas salinas de Jujuy, Salta e Atacama. E o cloreto de potássio, que é um insumo crucial, é produzido pela SQM. Temos os três recursos necessários: energia elétrica, lítio e cloreto de potássio.

BNamericas: Que outros substitutos estão sendo desenvolvidos para baterias de lítio?

Spadillero: Alternativas continuarão a aparecer e a coexistir, porque nenhuma alternativa será tão rápida de implementar. São necessários muitos anos de estudo e desenvolvimento. Além disso, os fabricantes da indústria automotiva optam por produtos com longa vida útil. Portanto, esperarão até que as novas tecnologias estejam suficientemente maduras. As substituições serão progressivas.

O lítio é muito mais leve e tem densidade muito menor que a água. Seu estado químico é excepcional e não é tão fácil de substituir por outro metal. A bateria de lítio, além de leve, possui alta densidade de energia. Se a bateria de sódio for desenvolvida, elas coexistirão devido à diversidade de aplicações em eletromobilidade e armazenamento de energia eólica, solar ou outra geração. Algumas baterias de sódio contêm sódio metálico. Portanto, quem domina a tecnologia de produção de lítio metálico também pode produzir sódio metálico.

BNamericas: Como a Argentina está progredindo com plantas piloto para fabricar material catódico para baterias de lítio?

Spadillero: Uma iniciativa é a da YPF Tecnología e outros atores que estão montando uma fábrica de montagem de células, onde o material catódico LFP [fosfato de ferro de lítio] é um dos insumos estratégicos. Provavelmente estará em funcionamento em breve, pois possuem uma fórmula tecnológica comprovada e patenteada que pretendem levar à produção industrial em escala suficiente para abastecer a planta. Inicialmente, os materiais serão importados.

Estamos em um projeto de fábrica de materiais para baterias com a YTEC e o Conicet, desenvolvendo eletrólito, que é um sal de lítio chamado hexafluorofosfato de lítio e atua como solvente na bateria. Este projeto está em escala de desenvolvimento tecnológico e esperamos começar a fabricá-lo em alguns anos.

Os progressos registados no país são interessantes, mas temos de ser realistas. Será instalada uma pequena escala para atender pequenas demandas internas, visando demonstrar a capacidade tecnológica da Argentina. Não será um tipo de gigafactory competitiva como a asiática ou a norte-americana, nem sequer foi concebida para ser colocada à venda comercial, mas apenas para uso interno.

BNamericas: Que outros projetos de mineração vocês realizaram?

Spadillero: Temos desenvolvido processos químicos e trabalhamos com eletrodeposição de ouro e prata. No lítio trabalhamos na engenharia conceitual de um método de extração direta de lítio (EDL) que foi patenteado na Argentina pelo setor científico e tecnológico, o qual solicitou nossa opinião para saber se era viável levá-lo a uma escala maior que a de laboratório. Por fim, foi anulado, por não ser favorável.

BNamericas: Quais são as vantagens da EDL para a exploração do lítio?

Spadillero: Permite encurtar tempos e aproveitar melhor a água. Mas conseguir isto não é tão fácil. O método atual é muito robusto, uma vez que as condições onde as operações de lítio estão localizadas são ideais para a evaporação solar. No entanto, existem várias empresas que trabalham no desenvolvimento da EDL, algumas financiadas por produtores chilenos.

BNamericas: Os produtores de lítio na Argentina estão se preparando para implementar a EDL?

Spadillero: Neste momento, os três  os produtores possuem lagoas de evaporação. Uma empresa que está entrando em produção vai implementar a EDL no processo, mas não sei se será complementado com evaporação. Existem muitas tecnologias para EDL em teste, mas elas devem ser industrialmente robustas o suficiente para manter as condições de produção e alcançar um produto de qualidade sustentada. Isto é fundamental, porque as salinas mudam de condições, os poços onde você perfura não são os mesmos, há leis e concentrações diferentes. É necessário um nível de robustez tecnológica que ainda não foi alcançado.