Pacote de Baterias dos VEs - Trocas, Recargas e Preocupações com Degradação por Recargas Sucessivas

Pacote de Baterias dos VEs (Tesla Modelo S) - Trocas e Recargas:

Em Agosto de 2012 nos dissemos aqui, neste blog, que a forma de montagem do pacote de baterias do Tesla Modelo S 2012 privilegiava o fato dele poder ser mais facilmente permutável mas que, todavia, a Tesla Motors não assumia estar dizendo que tivesse planos para oferecer um serviço de troca, semelhante ao proposto e executado, na época, por empresas como a Better Place (que era o de substituir, de maneira rápida e automática, o pacote de baterias descarregado de um VE, por outro previamente carregado, em cerca de apenas 2 minutos).

Mas também dissemos que o potencial para tal operação estava lá, presente no carro, e falava por si mesmo, muito embora o Tesla Modelo S tenha sido projetado num arranjo de células fino o bastante para que o pacote seja uma parte integrante do chassis - tanto para que os engenheiros de Tesla reduziram o diâmetro das barras estabilizadoras, pois o pacote de baterias fornecia suficiente rigidez à torção.

Todavia, este blog reconhece que falhou em não informar, quando em junho de 2013, a Tesla Motors efetivamente anunciou o seu objetivo de implantar estações de troca de bateria, em estações de recarga Tesla já existentes. Na ocasião, em uma demonstração, a Tesla mostrou uma operação de troca de pacote de baterias, que demandava pouco mais de 90 segundos (cerca de metade do tempo que se leva para encher um tanque de gasolina vazio).

Tesla modelo S 2014

Pois bem, aquele evento gerou uma enorme repercussão na imprensa internacional e, toda a cobertura subseqüente explicou por que a troca da bateria era importante, apesar da rede de estações de carregamento rápido (Supercharger CC) da empresa estar em plena expansão na época. A oferta da capacidade de trocar o pacote de baterias (em menos 2 minutos) e de reabastecer de energia a bateria do carro (em menos de 10 minutos), renderam a Tesla Motors pontos extras importantes, no mundo dos créditos de veículos de Emissão-Zero, administrado pelo poderoso California Air Resources Board.

No entanto, depois disso, nós ouvimos muito pouco sobre a troca de bateria da Tesla (dai a falha de informação deste blog), enquanto que, aquela demonstração deixava muitas perguntas sem resposta, incluindo a forma como os tubos de refrigeração do pacote de baterias podiam ser desconectados e reconectados, automaticamente, num se curto espaço de tempo, e sem causar qualquer derramamento do líquido refrigerante da bateria (usado no Tesla Modelo S).

Estações de carregamento rápido (Supercharger CC) da Tesla

Por outro lado, no mês anterior a demonstração e anúncio da Tesla, a empresa americana-israelense, Better Place, que também investia em estações de recarga elétrica para VEs, por meio da substituição rápida e automática do pacote de baterias desses veículos, e que tinha um projeto em conjunto com a Renault para criar estações de troca de baterias especialmente concebidas para o sedan Renault Fluence ZE, declarou formalmente falência.

A ausência de mais fundos e falta de recursos para continuar com o projeto ditaram o fim da empresa, deixando muitos dos aficionados dos VEs e suas tecnologias, desalentados. A parceria entre a Renault e a Better Place havia começado em 2008 e, o objectivo era vender 100.000 unidades do Fluence ZE em Israel e Dinamarca até 2016.  No entanto, até a falência da Better Place, a Renault havia vendido apenas algo em torno de 1.000 unidades do Fluence ZE em Israel e 240 na Dinamarca.

Com isso, os proprietários puderam continuar a carregar os carros elétricos em casa e a Renault comprometeu-se a cumprir a garantia dos veículos e a assegurar os serviços de manutenção contratados.

Por fim, em abril último passado, o Air Resources Board da Califórnia propôs alterações ao seu regulamento interno, que teriam como consequência a eliminado dos créditos extra para a tecnologia de troca de bateria que, presumivelmente, poderiam beneficiar a Tesla em seu projeto.

Então, agora, parece que nada mais está garantido e muitos se perguntam: Onde se pode encontrar uma estação pública de troca de bateria da Tesla? De fato, não há nenhuma ainda, porém, respondendo ao weblog Jalopnik (que, desde 2004 cobre, de modo sempre combativo e irreverente, cobre sobre carros, cultura de carros e indústria automotiva), o vice-presidente de desenvolvimento corporativo da Tesla , Diarmuid O'Connell, afirmou que pelo menos um local de troca esta por vir: "Eu gostaria de ter algo no lugar até o final do terceiro trimestre", disse O'Connell a Jalopnik, dizendo que a empresa estava "no processo de desenvolvimento de" um local para a primeira estação de troca de bateria.

O'Connell, atribuiu o atraso na implementação de estações de troca de bateria para o fato de que a empresa tem sido bastante ocupado com várias outras prioridades (e quem acompanha, sabe que isso é fato), mas ele se recusou a discutir a questão do custo das estações de troca de baterias propostas, cujos mecanismos e automação necessárias tendem a custar um múltiplo do custo de US $ 150.000 a 300.000, muitas vezes mencionado como sendo o custo de instalação de uma estação de recarga Tesla Supercharger CC. Ele sugeriu, ainda, a possibilidade de cenários em que as estações de troca sejam operadas visando apenas clientes frotistas.

Preocupações (ainda) com a Degradação das Baterias por Recargas Sucessivas:

Qualquer pessoa que possua um smartphone, um laptop ou mesmo um VE sabe que as baterias de íons de lítio degradam ao longo do tempo: cada vez que se completa um ciclo de carrega / descarga dessas baterias, eles perdem uma pequena fração da sua capacidade. Isso pode, até, não ser percebido no dia-a-dia, mas em um ano ou dois, isso significa que você será capaz de usar seu telefone, laptop ou carro um pouco menos, dali para frente.

Pacote de Baterias do Protótipo Chevrolet Spark EV

De acordo com a investigação levada a cabo pelo Departamento de Energia dos EUA, podemos, agora, verificar e entender por que exatamente isso acontece e, mais importante, como algo pode ser feito para tentar impedir que isso aconteça.

A medida que se consome energia da bateria de íons de lítio, ela vai se descarregando, enquanto os íons de lítio (Li +) se movem transportando uma carga elétrica do anodo para o catodo, através de um eletrólito não aquoso. É justamente isso que prove alimentação de corrente elétrica para o aparelho consumidor, todavia, isso não é um fenômeno perfeitamente repetível, mas sim, a cada vez que os íons de lítio se movem através da bateria, eles causam mudanças imprevistas nas estruturas físicas dos eletrodos. Isto é o que, eventualmente, acaba matando a capacidade das bateria de íons de lítio.

Dois estudos recentes publicados pela revista Nature Communications por equipes do DOE - National Laboratories - do U.S. Department of Energy e do National Renewable Energy Laboratory, pesquisou intensamente este processo e fez algumas descobertas interessantes nos padrões de degradação nos dois dos principais elementos materiais empregados em bateria de íons de lítio: o anodo e o catodo.

Pesquisador Huolin Xin do DOE - National Laboratories - do U.S. Department of Energy

Com isso, eles constataram que as reações dos íons de lítio realmente corroem os materiais de maneira não uniformemente, se aproveitando da vulnerabilidades intrínsecas na estrutura atômica da mesma forma que a ferrugem se arrasta de forma desigual em todo o aço." Como iões Li + movem-se através do ânodo de óxido de níquel ao descarregar, isso provoca quebras mínimas no material, deixando-o ligeiramente alterado em um nível atômico, o que causa, aos poucos, a diminuição da sua capacidade.

"Considere a forma como flocos de neve só se formam em torno de pequenas partículas ou de pedaços de sujeira (em suspensão) no ar," explica o pesquisador Huolin Xin. "Sem uma irregularidade sobre a qual se aglutinar, os cristais não podem tomar forma. Nosso anodo de óxido de níquel só se transforma em níquel metálico através de heterogeneidades em nanoescala ou defeitos na estrutura de superfície, um pouco (parecido, tal) como fendas na armadura do anodo."

Já, por outro lado, os catodos também não escapam de efeitos prejudiciais. Como os íons de lítio movem-se através do catodo quando a bateria está se carregando, isso gera uma espécie de sal-gema, que se forma como uma crosta isolante elétrica, também reduzindo, aos poucos, a capacidade da bateria. 

"Como a corrida dos íons de lítio, através das camadas de reação, causam aglomeração de cristalização, uma espécie de matriz de pequenas pedras de sal se acumula, ao longo do tempo, e começa a limitar o desempenho", disse Xin. "Descobrimos que essas estruturas tendem a se formar ao longo dos canais de reação dos íons de lítio que, diretamente visualizados sob o TEM (microscópio por transmissão de elétrons), o efeito foi ainda mais pronunciado em voltagens mais altas, explicando a deterioração mais rápida."

Conclusão:

Então, agora que sabemos como essas baterias estão, lentamente, a se degradarem ao longo de suas vidas operacionais, os pesquisadores devem ser capazes de alavancar os dados em projetos novos e mais robustos de baterias. Obviamente isso vai demorar alguns anos antes que este avanço tecnológico escorra para o mercado consumidor, mas, quando isso acontecer, estaremos a um passo de cortar os laços que impedem os nossos cabos de força de prover o nosso bem.

Quanto as estações de troca de baterias, parece seguro dizer que, até agora, pouco progresso tem sido realizado e que os incentivos financeiros para oferecê-las, parecem não se manter firmes. Mas, a empresa guerreira Tesla Motors parece ser a única que esta buscando fazer alguma coisa concreta a respeito, agora, depois do vazio deixado pelo fim da Better Place. Conseqüentemente, a recarga nas estações Supercharging, mas também a recarga em estações domésticas, continuarão a ser as formas preferidas e mais comuns, para reabastecer a autonomia do seu VE, seja ele um Tesla ou outro, ainda por algum tempo.