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BATERIAS DE LÍTIO-ÍON (LiB) PERSPECTIVAS E MERCADO

Raul Fernando BeckFundação CPqD

III SEMINÁRIO SOBRE LÍTIO-BRASIL Agosto/18

Cenário mundial

• Veículos movidos a hidrocarbonetos são um dos agentes que mais contribuem para a poluição ambiental dos centros urbanos

• Geração de energia elétrica por usinas térmicas (exceto solar) é outro vetor de poluição ambiental

• Movimento mundial na busca de produtos e soluções que reduzam a emissão de gás carbono e ambientalmente amigáveis:

• Desenvolvimento de veículos elétricos

• Energias renováveis (solar e eólica) perene e robusta

• Baterias são imprescindíveis para este novo cenário

Densidades de energia por massakJ/kg Wh/kg

• Gasolina / Diesel 46.000 13.000

• Etanol 30.000 8.300

• Bateria Lítio-íon com nanofios (experimental) 2.600 720

• Célula a Combustível (CaC) 1.600 440

• Bateria de Sódio-Cloreto de níquel (Zebra) 520 150

• Bateria Lítio-íon 500 a 840 140 a 240

• Bateria Zinco-ar (experimental) 400 a 1.700 110 a 470

• Bateria Níquel-hidreto metálico 200 55

• Bateria Níquel-cádmio 140 a 220 40 a 60

• Bateria Chumbo-ácido 90 a 140 25 a 40

• Ar comprimido a 200 bar (24ºC) 100 28

• Ultracapacitor 20 6

• Supercapacitor 10 3

• Capacitor eletrolítico 2 0,6

Considerando rendimento energético nas rodas MCI ~ 30% e ME ~ 90%

Densidade energética Gasolina / Diesel ~ 25 x Bateria Lítio-íon

Família das baterias de lítio (nível célula)» Lítio Cobalto (LCO)

› Densidade de energia (Wh/kg): 140 a 240

› Uso primário: eletrônicos consumo

› Custo por kWh: $170 a $320

› Empresas: Samsung SDI, Panasonic, Lishen, Sony, LG Chem

» Lítio Níquel Cobalto Alumínio (NCA)


› Uso primário: automotivo, estacionário


› Empresas: Panasonic, Saft

» Lítio Manganês Spinel (LMO)




› Empresas: LG Chem, Samsung SDI, AESC

» Lítio Titanato (LTO)



› Custo por kWh: $600 a $1.200

› Empresas: Toshiba, LeClanché

» Lítio Ar (LO)

› Densidade de energia (Wh/kg): 500 a 4.000

› Uso primário: todas aplicações

› Custo por kWh: $750 a $1.800 (experimental)

› Empresas: Toyota, Samsung

» Lítio Polímero (LiPo)


› Uso primário: eletrônicos consumo


› Fabricantes: Samsung SDI, Lishen, LG Chem

» Lítio Níquel Manganês Cobalto (NMC)




› Empresas: CATL, Kokam, JCI, Xalt

» Lítio Ferro Fosfato (LFP)




› Empresas: A123, BYD, NEC, Lishen

» Lítio Enxofre (LiS)


› Uso primário: eletrônicos consumo, aeroespacial

› Custo por kWh: $200 a $1.200 (experimental)

› Empresas: Oxis, Sion Power

» Lítio Capacitor (LiC)


› Uso primário: SSVs, empilhadeiras

› Custo por kWh: $1.200 a $8.500 (experimental)

› Empresas: JSR, Hitachi

Baterias avançadas não-lítio (nível célula)

» Magnésio Ion


› Uso primário: automotivo, eletrônicos consumo


› Empresas: Toyota, Apple, Pellion

» Sódio Metal Haleto (ZEBRA)




› Empresas: FZ Sonick

» Sódio Ion Aquoso




› Empresas: Aquion (?)

» Chumbo-ácidas avançadas (bipolar)


› Uso primário: automotivo, ônibus


› Empresas: East Penn, Furukawa

» Redox (Flow) Vanádio


› Uso primário: estacionário


› Empresas: Imergy, Gildemeister, Sumitomo, UET

» Redox (Flow) Zinco




› Empresas: RedFlow, ZBB

» Redox (Flow) Ferro Cromo

› Densidade de energia (Wh/kg): 140 a 1.200



› Empresas: Imergy, Gildemeister, Sumitomo, UET

» Sódio Ion

» NMC com anodos de silício

» Eletrólitos Sólidos

Mercado global de baterias

• LiB: Maior taxa de crescimento e maior parte dos investimentos industriais

Mercado global de baterias - Market share Wh• LiB: maior taxa de crescimento e maior parte dos investimentos industriais• Chumbo-ácida: ainda possui o maior Market Share global (~ 80 % em MWh)

Mercado global de baterias - Market share US$• Mercado de US$ 75 bilhões em 2017 (nível Pack) – LiB = PbA em US$ • LiB crescimento médio de 9 % ao ano (2010-2017)

Composição dos custos das LiBs• Matéria-prima responde por cerca de 50 a 70 % do custo das células• Custo da matéria-prima impacta drasticamente os fabricantes

Cadeia de valores de matérias-primas das LiBs

Produção mundial de células de lítio

Preço pack de LiB• Queda de 70 % entre 2010 e 2017• Previsão de queda de mais 70 % entre 2017 e 2030

Evolução por segmento de mercado LiB até 2030

Evolução do mercado LiB em VEs até 2025

Previsão LiBs 2017 - 2025

Demanda de matéria-prima para LiB até 2025

Demanda de matéria-prima até 2025

Produção e demanda de lítio 2017 - 2025

Produção e demanda de cobalto 2017 - 2025

Histórico de preço do Lítio e Cobalto

Mercado FV - preço silício grau solar 2000 - 2017• Mercado responde ao aumento da demanda e aumenta a escala

• Aumento rápido na demanda de VE resulta em crise de cobalto de curto prazo e preço aumenta• Altos preços alavancam novos projetos e aumento de produção dos projetos em operação• Mercado cresce e evolui, preços caem e se mantém

CATL - Evolução da densidade energética LiB

Oxis Li-S

• Densidade atual: 300 a 400 Wh/kg - 200 a 300 Wh/L• Densidade em 2019 : 500Wh/kg • Ciclos: 50 a 100 (atual) - 500 (2020)

SolidEnergy Li-Metal

• Li-Metal NCM 450 Wh/kg - 1200 Wh/L• Tensão elevada >4,4V• Químicas do cátodo incluem LCO, NCM, NCA, Li-Mn rich• Descarga em regimes até 10C

Sion Power Li-Metal (Licerion)• HE NMC 500 Wh/kg – 1.000 Wh/L disponível no final de 2018 (limite 450 ciclos)

Conclusões

• O crescimento exponencial da demanda de baterias de lítio-íonpara uso em armazenamento de energia (grid) e veículo elétriconão será impactado por falta de matéria-prima

• Novas tecnologias estão em contínuo desenvolvimento

• O preço das baterias continuarão em queda

• O mundo é cada vez mais dependente de baterias, é caminho sem volta

Desafios e sugestões para a consolidação da cadeia produtiva do lítio no Brasil

• Programa de ciência e tecnologia para capacitação acadêmica ede centros de pesquisa na cadeia produtiva de lítio

• Programa de pesquisa para fomentar o desenvolvimento nacionalde novas tecnologias de baterias de lítio

• Parcerias com fabricantes conceituados no mercado mundial paratransferência de tecnologia, instalação e suporte de plantasindustriais para produção e evolução das células no Brasil

• Incentivo a pesquisa e desenvolvimento das células, baterias, etc.

DRC - Área de Sistemas de Energia

Agradecimentos

CPqD

Campinas - SPObrigado!

Raul Fernando [email protected]

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