Uma análise mais detalhada das baterias de fosfato de ferro e lítio, a nova opção de bateria da Tesla

Aug 24, 2023

Embora as baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP) tenham sido anteriormente postas de lado em favor das baterias de iões de lítio, isto pode estar a mudar entre os fabricantes de veículos elétricos. O relatório do terceiro trimestre de 2021 da Tesla anunciou que a empresa planeja fazer a transição para baterias LFP em todos os seus veículos de gama padrão.

Esta notícia reflete uma tendência maior de as baterias LFP se tornarem cada vez mais populares nos veículos elétricos (EVs) da próxima geração.

As baterias LFP usam fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) como material catódico ao lado de um eletrodo de carbono de grafite com suporte metálico como ânodo. Ao contrário de muitos materiais catódicos, o LFP é um composto poliânion composto por mais de um elemento com carga negativa. Seus átomos estão dispostos em uma estrutura cristalina formando uma rede 3D de íons de lítio em comparação com as placas 2D de níquel manganês cobalto.

A bateria LFP opera de forma semelhante a outras baterias de íons de lítio (Li-ion), movendo-se entre eletrodos positivos e negativos para carregar e descarregar. No entanto, o fosfato é um material não tóxico em comparação com o óxido de cobalto ou o óxido de manganês. Além do mais, as baterias LFP são capazes de fornecer tensão constante em um ciclo de carga mais alto, na faixa de 2.000 a 3.000.

As baterias LFP são feitas de mais do que apenas células conectadas; eles incluem um sistema que garantirá que a bateria permaneça dentro de limites seguros. Um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) protege, controla e monitora a bateria em todas as condições operacionais para garantir a segurança e prolongar a vida útil da bateria.

Embora as células de fosfato de ferro-lítio sejam mais tolerantes do que as alternativas, elas ainda podem ser afetadas por sobretensão durante o carregamento, o que degrada o desempenho. O material do cátodo também pode oxidar e tornar-se menos estável. O BMS funciona para limitar cada célula e garante que a própria bateria seja mantida na tensão máxima.

A subtensão é uma preocupação, pois os materiais do eletrodo quebram. O BMS é capaz de desconectar uma bateria do circuito se alguma célula cair muito. Ele também atuará como proteção contra condições de sobrecorrente e interromperá a operação em caso de curto-circuito.

A densidade de energia das baterias LFP é inferior à alternativa de óxido de lítio-cobalto (LiCoO2) e possui uma tensão operacional mais baixa. Apesar destes desafios, é impossível negar os benefícios das baterias LFP em veículos EV.

O LFP é conhecido por seu baixo custo, com algumas estimativas colocando-o até 70% mais baixo por quilograma do que o NMC rico em níquel. A vantagem de custo vem de sua composição química. O ferro e o fósforo são extraídos em enormes escalas em todo o mundo e são amplamente utilizados em muitas indústrias.

Em 2020, os preços mais baixos relatados para baterias LFP atingiram menos de US$ 100/kWh pela primeira vez. As baterias LFP também têm um impacto ambiental menor; eles não contêm níquel ou cobalto, que são limitados pela oferta, são caros e têm um impacto ambiental maior.

As baterias LFP têm um ciclo de vida mais longo do que outras baterias de íons de lítio porque as células apresentam taxas mais lentas de perda de capacidade. Sua tensão operacional mais baixa também significa que as células são menos propensas a reações que afetam a capacidade.

Com uma tensão de descarga consistente e menor resistência interna, os veículos movidos a LFP podem fornecer energia mais rapidamente e alcançar uma maior eficiência de carga/descarga.

O LFP é termicamente e quimicamente estável, tornando-o menos sujeito a explosões ou incêndios devido ao uso indevido ou danos estruturais. Nas baterias de óxido de lítio-cobalto, a fuga térmica pode resultar da omissão do cobalto com seu coeficiente de temperatura negativo.

Diz-se que o LFP emite um sexto do calor do NMC rico em níquel. A ligação Co-O também é mais forte nas baterias LFP; portanto, se entrarem em curto-circuito ou superaquecerem, os átomos de oxigênio serão liberados mais lentamente. Além do mais, nenhum lítio permanece nas células totalmente carregadas, tornando-as altamente resistentes durante a perda de oxigênio em comparação com as reações exotérmicas típicas de outras células de lítio.

Embora as baterias LFP sejam mais baratas e mais estáveis ​​do que as alternativas, um fator chave que inibe a adoção em larga escala tem sido a densidade energética. A densidade energética das baterias LFP é consideravelmente inferior às alternativas, entre 15 e 25 por cento. No entanto, isso está começando a mudar com eletrodos mais grossos, como os usados ​​no Modelo 3 fabricado em Xangai, fornecendo uma densidade de energia de 359Wh/litro.