lovesouthernsocial.com

Pin Lithium được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong các loại xe điện, một thị trường còn nhiều tiềm năng để mở rộng ở Brazil

Brazil có thể sớm gia nhập nhóm các quốc gia sản xuất pin cho điện di động, một phân khúc do Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Hàn Quốc dẫn đầu. Ít nhất bốn sáng kiến, liên quan đến các công ty quốc gia phối hợp với nước ngoài, đang được thực hiện ở nước này cho mục đích đó. Hầu hết trong số họ, công nghệ pin đã hoặc đang được phát triển bởi các đối tác quốc tế.

Một trong những dự án do Công ty Phát triển Minas Gerais (Codemge) đứng đầu, đã ký một thỏa thuận vào năm 2018 với công ty Oxis Energy của Anh để thành lập nhà máy sản xuất pin lithium-lưu huỳnh (Li-S) quy mô công nghiệp đầu tiên trong khu vực. . thế giới. Theo Oxis, công nghệ này có hiệu suất và độ an toàn vượt trội so với pin lithium-ion, giải pháp chính cung cấp cho thị trường xe điện.

Nhà sản xuất pin truyền thống Moura, nhà phát triển hệ thống pin nhiên liệu Electrocell và một tập đoàn tập hợp các thợ mỏ từ Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) và người Nhật từ Toshiba cũng có kế hoạch thành lập mình trong phân khúc này.

Lúc đầu, mục tiêu của Oxis Brasil, một cam kết kết quả từ sự hợp tác giữa Codemge và Oxis Energy, sẽ là phân khúc xe hạng nặng, chẳng hạn như xe buýt và xe tải, và các ngành công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ, với các ứng dụng trong máy bay không người lái, vệ tinh và phương phương tiện điện cất cánh và hạ cánh (eVTOLs).

Dự kiến ​​được xây dựng tại Nova Lima, thuộc Vùng đô thị Belo Horizonte, với vốn đầu tư 56 triệu đô la Mỹ, nhà máy sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2022 với sản lượng hàng năm là 300 nghìn tế bào pin. Trong năm thứ hai, kỳ vọng đạt 1,2 triệu chiếc, bằng một nửa tổng công suất dự kiến. Cấu trúc đã dự đoán một sự mở rộng trong tương lai, cho phép sản xuất hàng năm 4,8 triệu tế bào.

Ắc quy xe thực chất là một tập hợp các ắc quy nhỏ (gọi là tế bào), được tích hợp, tạo thành một gói và được quản lý bởi một phần mềm gọi là BMS (Hệ thống quản lý ắc quy hay hệ thống quản lý ắc quy). Một gói ô cụ thể với các kết nối nối tiếp và song song được thiết kế cho từng ứng dụng.

Ví dụ, một pin cho xe buýt cần khoảng 10.000 cell. Rodrigo Mesquita, giám đốc bộ phận Kinh doanh Mới của Codemge, thông báo rằng nhà máy sẽ không chuyên sản xuất pin. Chức năng này sẽ được thực hiện bởi các công ty tích hợp tế bào và hệ thống BMS.

Giải Nobel Hóa học năm nay được trao cho ba nhà nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu liên quan đến pin lithium

“Chúng tôi đang trong quá trình xác định các đối tác sẽ thực hiện việc tích hợp này. Chúng tôi hy vọng sẽ thu hút một số người trong số họ đến Brazil ”, anh ấy nói. Các bộ tích hợp nên được đề cử bởi các khách hàng sử dụng pin trong tương lai. Trong số các công ty đã thể hiện sự quan tâm đến thiết bị này là Embraer của Brazil, Boeing và Lockheed Martin của Bắc Mỹ, tập đoàn Airbus của châu Âu và Mercedes-Benz và Porsche của Đức.

Công nghệ pin lithium-lưu huỳnh được phát triển bởi Oxis Energy. Codemge, thông qua quỹ đầu tư Aerotec, do nó tạo ra, năm ngoái đã đầu tư 18,6 triệu R $ cho 12% cổ phần của Oxis Energy và đưa dự án công nghiệp tới Brazil nhằm tăng cường chuỗi sản xuất lithium ở Minas Gerais. Khu vực Vale do Jequitinhonha, ở phía đông bắc của bang, nổi lên với tiềm năng trở thành một nhà sản xuất quặng chính.

Oxis Brasil sẽ là nhà máy sản xuất pin lithium-sulfur đầu tiên trên quy mô thương mại trên hành tinh. Công nghệ này đang được phát triển tại một số trung tâm nghiên cứu trên khắp thế giới. Tại Nhật Bản, Sony làm việc để tạo ra pin điện thoại thông minh từ các vật liệu này, trong khi ở Hoa Kỳ, Sion Power Corporation phát triển pin lithium-sulfur cho xe cộ. Đây cũng là mục tiêu của Projeto Alise, một tập đoàn châu Âu gồm 16 công ty, trong đó Oxis Energy là một phần, với trọng tâm là phát triển các vật liệu mới và hiểu biết về các quy trình điện hóa liên quan đến công nghệ lưu huỳnh và lithium.

Năm 2018, Brazil chỉ sản xuất 600 tấn (t) lithium, một khối lượng tương đương khoảng 0,7% thị trường toàn cầu. Việc sản xuất tại Brazil được thực hiện bởi Companhia Brasileira de Litio (CBL), một công ty mà Codemge có vốn chủ sở hữu. Cơ quan Khảo sát Địa chất Brazil ước tính trữ lượng quốc gia, tập trung ở Thung lũng Jequitinhonha, chiếm 8% lượng quặng trên thế giới, khoảng 14 triệu tấn. Australia và Chile là những nhà sản xuất lithium lớn nhất toàn cầu, với lần lượt là 51.000 tấn và 16.000 tấn.

Lithium là kim loại nhẹ có mật độ năng lượng cao, có nghĩa là, nó có khả năng tập trung nhiều năng lượng hơn trong một không gian nhỏ hơn khi so sánh với pin niken-cadmium được sử dụng trong điện thoại di động và máy tính xách tay đầu tiên hoặc ô tô axit chì thông thường được sử dụng để kích hoạt động cơ xe đốt (xem Pesquisa FAPESP nº 258).

Hầu hết pin lithium-ion được chế tạo với sự kết hợp trong đó cực dương (cực âm) được làm bằng than chì carbon, trong khi cực âm (cực dương) được làm bằng ôxít lithium và hỗn hợp các kim loại, bao gồm niken, mangan và coban. Chất điện phân (môi trường mà các nguyên tử ion di chuyển giữa các cực) là hỗn hợp của dung môi hữu cơ và muối liti.

Valdirene Peressinotto, điều phối viên của các dự án nghiên cứu, phát triển và đổi mới (RD&I) tại Codemge, giải thích rằng do vật liệu được sử dụng và quy trình sản xuất, sự kết hợp vật liệu này gây ra các vấn đề an toàn khi tiếp xúc với các tình huống căng thẳng, chẳng hạn như nhiệt độ trên 45 oC, ngắn mạch và thủng, một rủi ro tồn tại trong trường hợp va chạm xe.

Giải pháp pin do Oxis Energy tạo ra dự đoán việc sử dụng liti kim loại trong cực dương, thay thế cacbon than chì và sự kết hợp của lưu huỳnh và cacbon trong cực âm. Công ty đã phát triển công nghệ riêng cho cực âm và chất điện phân. Các cuộc thử nghiệm được thực hiện cho thấy những loại pin mới này an toàn, hoạt động bình thường ở nhiệt độ từ âm 60oC đến âm 80oC và không phát nổ khi bị thủng hoặc trong tình trạng đoản mạch.

Ngoài sự an toàn khi vận hành, một ưu điểm khác của pin lithium-sulfur là mật độ năng lượng. Trong khi pin lithium-ion tập trung tối đa 240 watt-giờ trên mỗi kg (Wh / kg), thì những loại pin lithium-lưu huỳnh lưu trữ 450 Wh / kg. Trên thực tế, điều này giúp có thể chế tạo các loại pin nhỏ hơn, nhẹ hơn để cung cấp cho xe khả năng tự chủ cao hơn.

Peressinotto nhận xét một thực tế quan trọng là các ion liti đã gần đến giới hạn hiệu suất lý thuyết của chúng, trong khi các liti-lưu huỳnh vẫn có tiềm năng tiến hóa liên quan đến mật độ năng lượng. “Oxis dự kiến ​​sẽ đạt mật độ 550 Wh / kg vào năm 2020”, điều phối viên RD&I của Codemge thông báo.

Có trụ sở chính tại Araxá (MG), CBMM là nhà sản xuất niobi lớn nhất toàn cầu (xem Pesquisa FAPESP số 277). Vào năm 2018, nó đã hợp tác với Tập đoàn Toshiba để tạo ra một loại pin lithium mới. Đề xuất của bộ phận R&D của Toshiba là thay thế cực dương cacbon bằng các ôxít hỗn hợp niobi và titan (NTO), giữ nguyên cấu hình truyền thống của hợp kim kim loại liti trong cực âm.

Theo Rogério Marques Ribas, giám đốc điều hành pin tại CBMM, trong khi cực dương carbon phản ứng với lithium và tạo ra ứng suất cấu trúc, chẳng hạn như tăng 13% thể tích trong quá trình sạc lại, thì NTO hoạt động khác. Ông nhấn mạnh: “Sự khác biệt này cho phép cung cấp năng lượng lớn hơn và sạc lại nhanh hơn”.

So sánh hai loại pin có cùng mức sạc năng lượng, trong khi phiên bản lithium-ion mất bốn giờ để sạc lại, phiên bản NTO chỉ cần 10 phút. Pin NTO cũng có độ bền để sử dụng trên xe trên 15 năm, trong khi giới hạn đã có ở pin lithium-ion là từ 5 đến 10 năm. Một ưu điểm khác là cực dương NTO cung cấp độ an toàn cao hơn trong các tình huống căng thẳng do nung nóng hoặc khoan.

Sự hợp tác giữa CBMM và Toshiba kêu gọi mỗi công ty đầu tư 7,2 triệu đô la Mỹ vào một nhà máy thí điểm đang được xây dựng ở Yokohama, Nhật Bản và sẽ sản xuất những chiếc đầu tiên để thử nghiệm trong vòng hai năm. Ribas cho biết: “Kỳ vọng của chúng tôi là công nghệ được khách hàng chấp thuận vào năm 2021, đây sẽ là sự đảm bảo cho việc xây dựng dây chuyền sản xuất ở quy mô công nghiệp”.

Theo ông, một dự án khác về việc sử dụng niobi trong pin đang được thực hiện bởi North American Wildcat Discovery Technologies, ở San Diego, California. CBMM cũng là một đối tác trong dự án, với mục tiêu là sử dụng niobi trong cực âm. Dự án đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.

Việc tìm kiếm hiệu suất tốt hơn trong pin sạc cho xe điện phản ánh một nỗ lực trên toàn thế giới đã bắt đầu từ vài thập kỷ trước. Được Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố vào tháng 10, Giải Nobel Hóa học năm 2019 đã được trao cho nhà toán học và vật lý người Mỹ John Bannister Goodenough, nhà hóa học người Anh M. Stanley Whittingham và nhà hóa học Nhật Bản Akira Yoshino vì những nghiên cứu của họ trong những năm 1970 và 1980. dẫn đến sự phát triển và sản xuất thương mại của pin lithium-ion hiện đại.

Theo báo cáo Global EV Outlook 2019 do Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) công bố, công việc chính đang được tiến hành hiện nay liên quan đến những thay đổi về đặc tính hóa học của pin, chẳng hạn như cực âm được cấu tạo bằng oxit lithium và thành phần kim loại được hình thành với 80% niken , 10% mangan và 10% coban, không giống như những loại hiện tại, có tỷ lệ ba kim loại bằng nhau.

Một dòng phát triển khác là cực âm liti với niken, coban và ôxít nhôm, một dung dịch chỉ được sử dụng trong các loại pin nhỏ. Vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất để ứng dụng trong cực dương là composite silic-graphit. Ngành công nghiệp ô tô kỳ vọng những tiến bộ đáng kể trong việc tăng mật độ năng lượng và giảm chi phí vào năm 2025.

Theo IEA, đội xe điện toàn cầu (thuần và hybrid) đã vượt 5,1 triệu xe vào năm 2018 và đội xe buýt đạt 460.000 chiếc, theo IEA. Dự kiến ​​cho năm 2030 bao gồm các kịch bản trong đó đội xe sẽ dao động từ 130 triệu đến 250 triệu. Tại Brazil, số lượng xe điện và hybrid đạt 10,6 nghìn chiếc trong năm 2018, theo số liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất xe ô tô quốc gia (Anfavea). Không có dự báo cho thị trường Brazil, nhưng kỳ vọng mở rộng đội bay quốc gia thúc đẩy các công ty sản xuất pin lithium-ion trong nước.

Grupo Moura, một nhà sản xuất truyền thống về pin dành cho xe cộ bằng chì, đã thành lập một đơn vị R & D về pin lithium tại trụ sở chính ở Belo Jardim (PE). Vẫn vào năm 2019, phiên bản đầu tiên dành cho xe nâng hàng sẽ được tung ra thị trường. Công ty cũng đã hợp tác với American Xalt Energy, công ty sở hữu công nghệ pin cho xe hạng nặng, với mục tiêu ban đầu là phục vụ thị trường xe buýt. Một hợp đồng đã được ký với nhà sản xuất Eletra ở São Paulo (xem Pesquisa FAPESP nº 283).

Fernando Castelão, Giám đốc Bộ phận Lithium tại Moura, thông báo rằng công ty sẽ điều chỉnh pin Xalt phù hợp với điều kiện sử dụng ở Brazil. Một nhà máy Moura mới mở vào năm 2018 được thiết kế để sản xuất mặt hàng này. Theo Castelão, pin lithium-ion cần có các biện pháp phòng ngừa an toàn đặc biệt để đảm bảo niêm phong đầy đủ và bảo vệ khỏi tiếp xúc với nước. Họ cũng cần một hệ thống làm mát để duy trì nhiệt độ chính xác. Giám đốc điều hành nhấn mạnh: “Các phương tiện ở Brazil phải chịu điều kiện khí hậu khác với các nước phía Bắc.

Tại São Paulo, Electrocell, một công ty nằm trong Trung tâm Đổi mới, Khởi nghiệp và Công nghệ (Cietec) của Đại học São Paulo (USP), đã nghiên cứu phát triển pin lithium-ion cho xe từ năm 2007, công nghệ phát sinh từ một dự án liên quan đến pin nhiên liệu do chương trình Ống của FAPESP hỗ trợ. Công ty đã hợp tác với Brasil VE Superleves, một nhà lắp ráp quốc gia về xe có khung gầm siêu nhỏ gọn được lắp đặt tại Khu kinh doanh Anhanguera, ở Cajamar (SP) và dự kiến ​​sẽ bắt đầu hoạt động công nghiệp vào tháng 12. Mục tiêu là sản xuất từ ​​40 đến 200 chiếc mỗi tháng, bao gồm xe chở người từ 2 đến 4 chỗ, xe tải nhỏ và xe buýt 12 và 24 chỗ.

Một kỹ sư hóa học chuyên sản xuất pin lithium tại Đức, giám đốc Electrocell Gerhard Ett cho biết ban đầu công ty sẽ nhập khẩu các tế bào và tích hợp pin lithium trong nước. Lô hàng đầu tiên sẽ đến từ Đức, nhưng công ty cũng có các liên hệ thương mại ở Trung Quốc, Hoa Kỳ và Hàn Quốc. “Mục tiêu của chúng tôi là thực hiện tất cả sản xuất tại địa phương. Chúng tôi đã có kiến ​​thức kỹ thuật cần thiết và đã nắm vững quy trình sản xuất. Chúng tôi chỉ cần quy mô để bắt đầu sản xuất, ”Ett, đồng thời là giáo sư tại Trung tâm Đại học FEI ở São Bernardo do Campo (SP), cho biết.

Đối với kỹ sư cơ khí Paulo Henrique de Mello Sant’Ana, từ Trung tâm Kỹ thuật, Mô hình hóa và Khoa học Xã hội Ứng dụng tại Đại học Liên bang ABC (Cecs-UFABC), thành thạo việc sản xuất pin sẽ là chiến lược trong tương lai của ngành di động điện. Theo ông, điều cần thiết là Brazil phải định vị mình như một nhà phát triển công nghệ chứ không chỉ là một người mua thành phẩm. “Chúng tôi vẫn chưa biết liệu các sáng kiến ​​như CBMM và Toshiba hay Codemge với Oxis có khả thi về mặt kinh tế và khả năng tăng hiệu suất của pin lithium hiện tại hay không, nhưng thật tuyệt vời là người Brazil đã tham gia vào quá trình phát triển”, ông tuyên bố.

Dự án

1. Phát triển vật liệu tổng hợp graphite tiêm ứng dụng trong các quy trình hóa học (nº 04 / 09113-3); Nghiên cứu đổi mới phương thức trong các doanh nghiệp nhỏ (Pipe); Nhà nghiên cứu có trách nhiệm Volkmar Ett (Tế bào điện tử); Đầu tư $ 601.848,93.
2. Phát triển và xây dựng dây chuyền lắp ráp pin nhiên liệu bán tự động (nº 04 / 13975-0); Nghiên cứu đổi mới phương thức trong các doanh nghiệp nhỏ (Pipe); Thỏa thuận Finep Pipe-Pappe; Nhà nghiên cứu có trách nhiệm Gerhard Ett (Tế bào điện tử); Đầu tư R $ 433.815,72.
3. Phát triển pin nhiên liệu tích hợp với phần mềm và phần cứng để giám sát, chẩn đoán, điều khiển và thiết bị ngoại vi (nº 00 / 13120-4); Nghiên cứu đổi mới phương thức trong các doanh nghiệp nhỏ (Pipe); Nhà nghiên cứu có trách nhiệm Gerhard Ett (Tế bào điện tử); Đầu tư R $ 352.705,02.

---