Conversa com Xu Hangyu da Weilanxin Energy: A produção em massa de baterias de estado sólido pode ocorrer após 2030, com coexistência a longo prazo entre líquidas, híbridas sólido-líquidas e totalmente sólidas

“É altamente provável que a produção em massa de baterias de estado sólido aconteça após 2030.” Recentemente, Xu Hangyu, diretor técnico da Beijing Weilan New Energy Technology Co., Ltd., explicou sua previsão durante a Exposição Internacional de Baterias e Tecnologias de Armazenamento de Energia na Ásia, em uma entrevista ao jornal Daily Economic News.

Fonte da imagem: fornecida pelo organizador

No último ano, as baterias de estado sólido tiveram avanços em várias frentes. As cadeias de produção, tanto na parte upstream quanto na downstream, têm apresentado diversas soluções para os problemas de interface sólido-sólido, incluindo a introdução de íons de iodo no eletrólito LiPSCl, iterações contínuas de equipamentos de prensagem isostática, e a implementação de tecnologia ALD (Deposição de Camada Atômica) para modificar interfaces. Com a maturidade dos processos e a contínua redução de custos na cadeia de produção, espera-se que o ritmo de produção em massa de baterias de estado sólido acelere.

Sabe-se que as baterias de estado sólido atualmente estão em uma fase crítica de transição, passando de laboratórios e testes em pequena escala para entregas em escala piloto.

Para Xu Hangyu, o foco atual da indústria ainda é resolver uma série de questões-chave no processo de fabricação das células de estado sólido. Do lado dos equipamentos de processo, os fabricantes já possuem capacidade de fornecer protótipos, mas a maturidade de algumas etapas ainda precisa ser aprimorada. Como integrar verdadeiramente todos os equipamentos no sistema de produção será o próximo desafio. Além disso, a redução de custos de matérias-primas e a acumulação de experiência em fabricação em escala não acontecem da noite para o dia, exigindo que as empresas upstream e downstream avancem de forma estável na prática.

“Cenários específicos como inteligência incorporada, eletrônica médica, entre outros, têm menor sensibilidade ao custo e podem ser aplicados inicialmente. A industrialização em larga escala de baterias de estado sólido ainda depende do desempenho geral, do custo e do mercado. Se a indústria conseguirá produzir em massa essas baterias até 2030 ainda é uma estimativa, e isso requer esforço conjunto de todo o setor,” afirmou Xu Hangyu.

Foco na rota “Óxidos + Polímeros”

O eletrólito de estado sólido é o material-chave das baterias de estado sólido. Existem diferentes tipos de eletrólitos sólidos, como sulfetos, óxidos, polímeros, haletos e nitridos, cada um com suas próprias características e rotas tecnológicas derivadas.

Ao discutir as vantagens e desvantagens dessas rotas, Xu Hangyu acredita que os eletrólitos de sulfeto possuem a maior condutividade iônica, oferecendo vantagens de desempenho em taxas de carga e descarga. Teoricamente, as baterias de estado sólido de sulfeto apresentam o melhor desempenho global. No entanto, o custo do lítio de alta pureza usado na fabricação de sulfeto é elevado, e o processo de produção de sulfeto difere bastante das baterias líquidas tradicionais, exigindo equipamentos personalizados, o que eleva o custo inicial de produção.

“Quanto à rota de ‘polímero + óxido’ ou outros eletrólitos inorgânicos, o conceito central é combinar as vantagens do polímero e do eletrólito inorgânico. Embora os eletrólitos de polímero tenham uma condutividade iônica intrínseca inferior à dos eletrólitos líquidos tradicionais à temperatura ambiente, sua leveza e flexibilidade facilitam a resolução de problemas de interface sólido-sólido,” explicou Xu Hangyu.

Além disso, ele acrescentou que a rota de polímeros também apresenta vantagens de custo. “Embora os custos iniciais de polímeros e eletrólitos de óxido não sejam baixos, com a contínua promoção de baterias híbridas de sólido-líquido e o desenvolvimento progressivo da cadeia de produção de baterias de estado sólido, os custos desses materiais têm diminuído significativamente nos últimos anos. Do ponto de vista de custos, a rota de eletrólitos compostos de polímero possui uma vantagem competitiva,” afirmou.

A Weilan New Energy concentra-se principalmente na rota “Óxido + Polímero” para suas baterias de estado sólido. Para resolver o problema de contato na interface sólido-sólido, utiliza a tecnologia de “solidificação in situ”, que permite contato atômico na interface.

Fonte da imagem: microblog oficial da Weilan New Energy

Xu Hangyu revelou: “Também estamos desenvolvendo baterias de sulfeto de estado sólido e estabelecemos uma subsidiária, Zhongke Chaoneng, em Shenzhen, dedicada ao desenvolvimento dessas baterias, atualmente com capacidade para testes em escala piloto.”

Além disso, a Weilan também atua na área de baterias híbridas de sólido-líquido. “Nossas baterias híbridas combinam eletrólitos de óxido, polímero e líquidos tradicionais. Desde 2020, esses produtos têm sido utilizados em aplicações como propulsão aérea de baixa altitude, veículos elétricos (como NIO ET7, ES6 e outros modelos de troca de bateria) e armazenamento de energia inovador,” contou Xu Hangyu.

Ainda não há condições reais de comercialização

Atualmente, o custo das baterias híbridas de sólido-líquido ainda é superior ao das baterias de lítio líquidas tradicionais. No entanto, a opinião predominante na indústria é que a curva de custos dessas baterias continuará a diminuir, possivelmente seguindo a trajetória histórica das baterias de íons de lítio.

“Nos estágios iniciais, os preços de eletrólitos de óxido, polímero e novos materiais de ânodo e cátodo de última geração (como os cátodos de níquel ultra-alto da série 9 e os ânodos de silício nanométrico) eram elevados, principalmente devido à escala limitada de aplicação, que se restringia a drones, motos elétricas de alta gama, entre outros pequenos mercados,” explicou Xu Hangyu. “Hoje, as baterias híbridas de sólido-líquido já atingiram uma escala de GWh de produção, e seus custos vêm caindo de forma significativa.”

Ele acrescentou: “Os custos de eletrólitos de ambos os tipos continuam a diminuir, e os preços de novos materiais de ânodo e cátodo também estão em queda ano após ano. Com o aumento na eficiência de fabricação das células, a redução de custos é bastante clara. No setor de armazenamento de energia, nossas baterias híbridas de sólido-líquido, baseadas em materiais como lítio ferro fosfato (LiFePO4) no cátodo e grafite no ânodo, já estão com custos muito próximos às baterias líquidas tradicionais.”

Por outro lado, Xu Hangyu admitiu: “A escala geral da indústria de baterias híbridas de sólido-líquido ainda é pequena. A maioria dos players, incluindo nós, ainda está longe de alcançar o tamanho de empresas líderes como CATL e BYD. Nossa capacidade de negociação com fornecedores upstream é limitada. No entanto, à medida que a escala aumenta de forma estável, há espaço para redução de custos de matérias-primas, além de diminuição dos custos de fabricação, pesquisa, desenvolvimento e gestão. Assim, o caminho para redução de custos na rota híbrida de sólido-líquido fica cada vez mais claro.”

Quanto às mudanças de custos das baterias de estado sólido, Xu Hangyu acredita que a cadeia de produção ainda precisa de tempo para amadurecer. A tecnologia ainda não entrou na fase de produção em larga escala, e ainda não há dados de custos de produção em escala. “No mercado de veículos elétricos, por exemplo, se for apenas para aplicações de demonstração (como validação de instalação), talvez seja possível alcançar em torno de 2027; mas, para que o mercado aceite e promova amplamente, será necessário um período maior de otimizações contínuas,” afirmou. “Embora a tecnologia já permita fabricar células de estado sólido, do ponto de vista de valor de mercado, seu desempenho e custo ainda não são competitivos com as condições atuais de materiais e equipamentos. Portanto, as baterias de estado sólido ainda não estão prontas para a comercialização em larga escala.”

“Liquid, híbrido sólido-líquido e sólido coexistirão a longo prazo”

Algumas opiniões defendem que a produção em massa de baterias de estado sólido será inevitável, enquanto as híbridas sólido-líquido seriam apenas uma fase transitória. Com base nisso, algumas empresas optam por pular essa fase intermediária e focar diretamente no desenvolvimento de baterias de estado sólido.

Xu Hangyu comentou que a vantagem de desenvolver diretamente baterias de estado sólido é o foco claro na meta e a rota bem definida, parecendo uma abordagem eficiente de “um passo só”, que evita desvios. Do ponto de vista da industrialização, muitas empresas domésticas adotam uma estratégia gradual, que também possui vantagens distintas.

“Por exemplo, a Weilan, desde sua fundação em 2016, escolheu uma transição gradual de baterias híbridas para baterias totalmente de estado sólido, baseada em uma avaliação cuidadosa de custos e maturidade da cadeia de produção. Sem a base industrial acumulada na fase híbrida, o entusiasmo e a confiança na investimento em baterias de estado sólido poderiam ser significativamente menores. Afinal, há oito ou nove anos, poucas empresas no país tinham a coragem de propor a industrialização de baterias de estado sólido,” afirmou Xu Hangyu.

Fonte da imagem: microblog oficial da Weilan New Energy

Ele explicou que, do ponto de vista da cadeia de produção, as baterias de estado sólido podem herdar muitos avanços tecnológicos e materiais das baterias híbridas. “No que diz respeito aos eletrólitos, as tecnologias de óxidos e polímeros, bem como suas aplicações, já evoluíram na fase híbrida. Os ânodos de silício e seus agentes de ligação também estão se tornando mais maduros,” disse.

“Quanto aos materiais do cátodo, os novos materiais de alta energia, como os de níquel ultra-alto da série 9, têm expandido sua escala e otimizado custos com o crescimento de aplicações em drones, veículos de alta gama e baterias híbridas,” acrescentou. Para Xu Hangyu, a acumulação progressiva na cadeia de produção fornece uma base material indispensável para a implementação final da tecnologia de estado sólido.

Ele também admitiu que, antes de alcançar a industrialização completa, o desempenho e o custo das baterias de estado sólido ainda apresentam incertezas. Em comparação, as baterias híbridas de sólido-líquido estão mais maduras e já demonstram vantagens competitivas em setores específicos, criando uma competição diferenciada. “No futuro, esses dois tipos de baterias não serão simplesmente substitutos um do outro,” afirmou.

“Provavelmente, o cenário tecnológico futuro será a coexistência de baterias líquidas, híbridas sólido-líquido e de estado sólido. Cada uma dessas tecnologias, com suas características, estabelecerá vantagens distintas em diferentes aplicações. Por exemplo, na aviação elétrica de grande porte, onde a densidade de energia, potência e segurança têm requisitos extremamente elevados, as baterias líquidas ou híbridas ainda não atendem a esses padrões,” concluiu Xu Hangyu.