Aditivos de carbono condutores mais sustentáveis para baterias de iões de lítio
Parceria inovadora: investigação, indústria e arranque para baterias ecológicas
Os aditivos condutores sustentáveis e de alta qualidade para baterias de iões de lítio são uma das chaves para a mobilidade eletrónica na Europa. Tendo em conta a crescente procura de baterias recarregáveis devido à transição para veículos eléctricos e energias renováveis, o desenvolvimento de materiais inovadores e amigos do ambiente é de importância fulcral. Nos últimos quatro anos, o projeto conjunto HiQ-CARB, financiado pela União Europeia/EIT RawMaterials, deu um grande passo em frente nesta tecnologia fundamental para a redução dasemissões de CO2 .
A indústria europeia de baterias necessita de materiais sustentáveis que satisfaçam os crescentes requisitos de desempenho e minimizem o impacto ambiental da produção e utilização de baterias. O projeto de investigação HiQ-CARB tem como objetivo reduzir a quantidade de aditivos condutores necessários nos eléctrodos das baterias, combinando nanotubos de carbono (CNT) e negro de fumo-acetileno a partir de matérias-primas renováveis, que poupam recursos, e também reduzir a sua pegada de carbono. Isto conduz a poupanças de custos e, ao mesmo tempo, melhora o desempenho eletroquímico das baterias. Os negros de fumo condutores normalmente utilizados como aditivos condutores na produção de eléctrodos de baterias são de origem fóssil e, por conseguinte, têm uma pegadade CO2 desfavorável. O projeto HiQ-CARB beneficiou de um consórcio diversificado que contribuiu com conhecimentos e recursos únicos. Foram alcançados avanços significativos na sustentabilidade e no desempenho das baterias de iões de lítio. A combinação de negro de acetileno e nanotubos de carbono reduziu a quantidade de aditivos necessários, resultando em baterias económicas e de elevado desempenho.
Recursos sustentáveis e eficiência dos materiais para um menor impacto ambiental
O trabalho do projeto até à data incluiu o desenvolvimento da composição mais eficaz para os novos aditivos condutores, o aumento da escala dos processos de produção, avaliações exaustivas de materiais e uma análise do ciclo de vida (LCA) realizada pela Universidade de Bordéus. A cooperação com parceiros como o Instituto Fraunhofer para a Investigação de Silicatos ISC, a Universidade de Aalto e a empresa de baterias CustomCells Itzehoe GmbH foi crucial para a avaliação dos materiais à escala laboratorial e piloto, a fim de garantir a sua adequação a aplicações práticas.
Para além do aumento da produção de carbono, da avaliação dos materiais e da formação de especialistas, os parceiros do projeto foram também incumbidos de desenvolver uma estratégia de mercado, a fim de transferir os conhecimentos adquiridos para a aplicação industrial. Os principais materiais incluem as partículas condutoras de negro de fumo à base de acetileno produzidas pela empresa ORION S. A. e os CNT economizadores de recursos produzidos pela empresa ARKEMA. Ambos os materiais podem ser produzidos em quantidades substanciais, variando de vários décimos de toneladas a milhares de toneladas, e foram avaliados pelos parceiros em termos das suas propriedades e impacto ambiental quando utilizados em materiais para baterias.
Prova de sucesso: novos aditivos com uma pegadade CO2 mais baixa podem ser integrados na produção
A combinação de aditivos de carbono permite uma melhoria das condutividades alcançáveis e, por conseguinte, uma redução da quantidade total necessária nos eléctrodos da bateria, o que contribui para baterias de iões de lítio mais leves, mais rentáveis e mais potentes. A CustomCells, parceira do projeto, disponibilizou as suas instalações de produção para utilizar os novos aditivos diretamente na produção de baterias, em vez do negro de fumo condutor de origem fóssil utilizado anteriormente.
"Os aditivos HiQ-CARB à base de carbono puderam ser facilmente integrados nos nossos processos de produção actuais sem quaisquer alterações significativas. Conseguimos padrões de revestimento muito homogéneos, o que nos convenceu da sua qualidade", relata o parceiro de projeto Jan Majchel da CustomCells. "Como fabricante de baterias sediado na Alemanha, a CustomCells apoia a ideia de um cenário inovador de baterias na Europa com componentes importantes da região. Estamos muito satisfeitos com as novas oportunidades que o HiQ-CARB criou".
Como é que as "baterias verdes" beneficiam dos resultados do HiQ-CARB
A produção de negro de acetileno foi aumentada para mais de 3000 toneladas métricas e foram desenvolvidos nanotubos de carbono mais finos para satisfazer os requisitos industriais. Isto criou uma base para a produção de eléctrodos de bateria mais amigos do ambiente. Utilizando as novas misturas de aditivos de carbono condutores e mais amigos do ambiente, os parceiros do projeto Fraunhofer ISC e a Universidade de Aalto desenvolveram receitas para materiais de cátodo de "alta energia" e "alta potência" e processaram-nos nos cátodos correspondentes. A avaliação à escala laboratorial revelou bons resultados e, acima de tudo, vantagens claras em relação aos aditivos condutores convencionais.
Foi delineado um roteiro claro para a produção futura dos aditivos de chumbo mais amigos do ambiente e das células de bateria fabricadas com eles. A transferência de formulações de cátodo optimizadas para a CustomCells assegura o teste e a potencial comercialização destas inovações.
A revisão exaustiva dos estudos de análise do ciclo de vida (ACV) efectuada pela Universidade de Bordéus revelou que a produção do negro de acetileno da ORION tem um potencial de aquecimento global de apenas cerca de 1,5 kg de equivalenteCO2 por quilograma (para os especialistas: principalmente devido às emissões de âmbito 3). Com 3,5 a 3,9 kg deCO2 equivalente por quilograma, o balanço ecológico do negro de fumo produzido convencionalmente é significativamente mais elevado. Estas conclusões sublinham a necessidade de métodos de produção mais sustentáveis.
O projeto também apoiou a formação de especialistas na cadeia de valor das baterias de iões de lítio.
Em resumo, o projeto HiQ-CARB contribuiu significativamente para a promoção de práticas sustentáveis na indústria das baterias de iões de lítio. O desenvolvimento e a comercialização de aditivos condutores inovadores não só melhoram o desempenho das baterias, como também lançam as bases para um ecossistema de fabrico de baterias mais ecológico e economicamente viável na Europa. Os parceiros estão determinados a ultrapassar os desafios remanescentes e a assegurar a introdução bem sucedida destas inovações no mercado.
Parceiros
- Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC, Alemanha (coordenador do projeto)
- Universidade de Aalto, Finlândia
- Grupo ARKEMA, França
- Customcells Itzehoe GmbH, Alemanha
- Orion S. A., Alemanha
- Université de Bordeaux, França
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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