Projetos que estão em desenvolvimento pelo Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica (ISI-EQ), localizado em Curitiba, em parceria com a empresa brasileira CBMM, maior produtora e comercializadora de produtos de nióbio do mundo, visam disponibilizar tecnologias inovadoras e fomentar o desenvolvimento do mercado nacional de baterias de íons-lítio. “A CBMM viu no Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica a possibilidade de investir em tecnologia nacional para alavancar o uso de nióbio no setor de armazenamento de energia no Brasil, sendo um motor da inovação nacional” avalia Dr. Marcos Berton, pesquisador chefe do Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica.

As baterias contendo nióbio são adequadas, por exemplo, para veículos elétricos e híbridos, robôs, sistemas estacionários de estocagem de energia e baterias para equipamentos médicos, como marca-passo e estimuladores de neurônios. No entanto, Robson Monteiro, especialista em desenvolvimento de mercado da CBMM, reforça que a iniciativa não tem apenas um viés comercial. “O objetivo dessa parceria com o Senai também é estimular o desenvolvimento dessa cadeia de valor no Brasil para que a indústria aqui se fortaleça e tenha produtos para atender ao mercado de baterias em geral” diz.

A incorporação do nióbio como material nas baterias de íons-lítio pode permitir uma melhora em diversos aspectos da bateria, como explica Monteiro. “Segurança, recarga rápida e estabilidade são, nessa ordem de importância, as principais vantagens do nióbio. São baterias mais seguras, capazes de recarregar rapidamente, em menos de dez minutos, e estabilidade altíssima, com tempo de vida de 15 a 20 anos” informa. Para o pesquisador do Senai, Marcos Berton, “a química de materiais é a chave para a tecnologia de armazenamento de energia e o nióbio é um elemento químico disruptivo na aplicação em baterias”.

Além do nióbio e do uso da nanotecnologia, que melhora as propriedades específicas e melhora o desempenho da bateria, o projeto conta com a utilização de processos e técnicas inovadoras. “A primeira fase do projeto permitiu a criação e processamento de novos materiais à base de nióbio para aplicação em baterias e agregou conhecimento na etapa de integração dos componentes para se obter o protótipo. Desenvolvemos um eletrólito sólido à base de nióbio usando uma técnica inovadora de síntese de pó nanoparticulado e conseguimos produzir uma célula toda de estado sólido via processo inovador de sinterização rápida” explica Cyrille Gonin, pesquisador do Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica.

Bateria de próxima geração

Atualmente, está em andamento a segunda fase do projeto que visa o desenvolvimento de baterias de íons-lítio de próxima geração, com a produção de célula toda de estado sólido. Adler de Souza, pesquisador do ISI, esclarece que a bateria de estado sólido - SSB (do inglês Solid State Battery) é uma tecnologia à frente da atual e, por isso, é chamada de bateria de próxima geração. “É uma bateria com grande potencial de melhoria no desempenho volumétrico devido à possibilidade do uso do lítio metálico, ou seja, ela permite aumentar a quantidade de energia armazenada por volume, além, claro, de oferecer uma maior segurança por não conter materiais inflamáveis” observa.

As baterias de íons-lítio atuais possuem um líquido altamente inflamável em determinadas condições, chamado de eletrólito. “Muitas pessoas já ouviram falar de baterias de celular que esquentam demais ou de celulares proibidos nos aviões por causa de riscos de explosão das baterias. Assim, nas baterias de estado sólido, o eletrólito é um filme fino cerâmico, sem riscos de explosão já que ele não é inflamável e age como uma barreira física ao desenvolvimento dos dendritos de lítio metálico” explica Cyrille.

Planta piloto de baterias de íons-lítio

A parceria entre CBMM e Senai no Paraná resultou na implantação de uma planta piloto de bateria de íons-lítio, tipo “Pouch-Cell”, instalada no Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica, em Curitiba.

O Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica é especializado no desenvolvimento de materiais, processos e produção de protótipos de baterias inovadoras visando principalmente o mercado nacional. “Da mesma forma que foi montada uma planta piloto de prototipagem de placas de baterias chumbo-ácido para atender à indústria, observamos uma demanda crescente na área de baterias de íons-lítio. A partir disso iniciamos, em parceria com a CBMM, o projeto de uma planta piloto no ISI Eletroquímica onde será possível desenvolver conhecimento e mão de obra especializada, além da avaliação de diferentes materiais, aumentando a competitividade de nossas empresas” observa Marcos Berton.

Após a etapa de aprendizagem da operação da planta piloto pelos pesquisadores em parceria com a empresa dos EUA que produziu os equipamentos, ela estará em pleno funcionamento a partir de janeiro de 2021. “O fundamental nesse processo é criar um ecossistema de produção de baterias e as condições necessárias para o estabelecimento da cadeia de produção e todos os componentes para montagem de células de baterias, módulos e packs, incluindo a formação de profissionais qualificados para atuar neste segmento” complementa o representante da CBMM.

“A indústria brasileira deve se preparar para as próximas grandes mudanças nas quais entram os veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renováveis. E é por meio da pesquisa aplicada que as empresas continuarão sendo competitivas e é com tecnologias nacionais que conseguirão atrair novos negócios” finaliza o gerente do Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica, Felipe Cassapo.