lovesouthernsocial.com

Ginagamit ang mga bateryang lithium upang mag-imbak ng enerhiya sa mga de-koryenteng sasakyan, isang merkado na may magandang lugar para sa pagpapalawak sa Brazil

Malapit nang sumali ang Brazil sa grupo ng mga bansang gumagawa ng mga baterya para sa electric mobility, isang segment na pinamumunuan ng China, United States, Japan at South Korea. Hindi bababa sa apat na inisyatiba, na kinasasangkutan ng mga pambansang kumpanya sa pakikipagtulungan ng mga dayuhan, ay isinasagawa sa bansa para sa layuning iyon. Sa karamihan sa kanila, ang teknolohiya ng baterya ay binuo o ginagawa ng internasyonal na kasosyo.

Ang isa sa mga proyekto ay pinamumunuan ng Minas Gerais Development Company (Codemge), na pumirma ng isang kasunduan noong 2018 kasama ang Ingles na kumpanya na Oxis Energy upang itatag ang unang industriyal-scale na pabrika ng mga cell ng baterya ng lithium-sulfur (Li-S) sa rehiyon. mundo. Ang teknolohiya, ayon kay Oxi, ay may pagganap at kaligtasan na higit na mataas kaysa sa mga baterya ng lithium-ion, ang pangunahing solusyon na nagsusuplay sa merkado ng de-kuryenteng sasakyan.

Ang tradisyunal na tagagawa ng baterya na si Moura, ang developer ng fuel cell system na Electrocell at isang consortium na pinagsasama-sama ang mga minero mula sa Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) at Japanese mula sa Toshiba ay nagpaplano ring magtatag ng kanilang sarili sa segment na ito.

Sa una, ang target ng Oxis Brasil, isang gawain na nagreresulta mula sa pakikipagtulungan sa pagitan ng Codemge at Oxis Energy, ay ang segment ng mabibigat na sasakyan, tulad ng mga bus at trak, at ang mga industriya ng depensa at aerospace, na may mga aplikasyon sa mga drone, satellite at vertical. take-off at landing electric vehicles (eVTOLs).

Binalak na itayo sa Nova Lima, sa Metropolitan Region ng Belo Horizonte, na may puhunan na US$ 56 milyon, ang pabrika ay dapat magsimulang gumana sa 2022 na may taunang produksyon ng 300 libong mga cell ng baterya. Sa ikalawang taon, ang inaasahan ay umabot sa 1.2 milyong mga yunit, kalahati ng inaasahang kabuuang kapasidad. Nahuhulaan na ng istraktura ang isang pagpapalawak sa hinaharap, na magbibigay-daan sa taunang produksyon ng 4.8 milyong mga cell.

Ang baterya ng sasakyan ay talagang isang set ng maliliit na baterya (tinatawag na mga cell), na pinagsama-sama, bumubuo ng isang pakete, at pinamamahalaan ng isang software na tinatawag na BMS (Battery Management System o battery management system). Ang isang partikular na pakete ng cell na may mga serial at parallel na koneksyon ay idinisenyo para sa bawat aplikasyon.

Ang baterya para sa mga bus, halimbawa, ay nangangailangan ng humigit-kumulang 10,000 cell. Ipinaalam ni Rodrigo Mesquita, manager ng New Business unit ng Codemge, na ang pabrika ay hindi ilalaan sa paggawa ng mga baterya. Ang function na ito ay isasagawa ng mga kumpanyang nagsasama ng mga cell at BMS system.

Ang Nobel Prize sa Chemistry ngayong taon ay ibinigay sa tatlong mananaliksik na nagsagawa ng pananaliksik na may kaugnayan sa mga baterya ng lithium

“Kami ay nasa proseso ng pagtukoy sa mga kasosyo na magsasagawa ng pagsasama-samang ito. Umaasa kaming maakit ang ilan sa kanila sa Brazil", sabi niya. Ang mga integrator ay dapat na nominado ng mga customer ng baterya sa hinaharap. Kabilang sa mga kumpanyang nagpakita na ng interes sa kagamitan ay ang Brazilian Embraer, ang North American Boeing at Lockheed Martin, ang European consortium Airbus at ang German Mercedes-Benz at Porsche.

Ang Lithium-sulfur battery cell technology ay binuo ng Oxis Energy. Ang Codemge, sa pamamagitan ng pondo ng pamumuhunan ng Aerotec, na nilikha nito, noong nakaraang taon ay namuhunan ng R$ 18.6 milyon para sa isang 12% na stake sa Oxis Energy at dinala ang proyektong pang-industriya sa Brazil upang palakihin ang kadena ng produksyon ng lithium sa Minas Gerais. Ang rehiyon ng Vale do Jequitinhonha, sa hilagang-silangan ng estado, ay lumalabas na may potensyal na iposisyon ang sarili bilang isang pangunahing producer ng ore.

Ang Oxis Brasil ang magiging unang pabrika sa isang komersyal na sukat para sa mga baterya ng lithium-sulfur sa planeta. Ang teknolohiya ay nasa ilalim ng pag-unlad sa ilang mga sentro ng pananaliksik sa buong mundo. Sa Japan, nagtatrabaho ang Sony upang lumikha ng mga baterya ng smartphone mula sa mga materyales, habang sa Estados Unidos, ang Sion Power Corporation ay gumagawa ng mga baterya ng lithium-sulfur na sasakyan. Ito rin ang layunin ng Projeto Alise, isang European consortium na binubuo ng 16 na kumpanya, kung saan bahagi ang Oxis Energy, na ang pokus ay ang pagbuo ng mga bagong materyales at ang pag-unawa sa mga prosesong electrochemical na kasangkot sa teknolohiya ng sulfur at lithium.

Noong 2018, ang Brazil ay gumawa lamang ng 600 tonelada (t) ng lithium, isang dami na katumbas ng humigit-kumulang 0.7% ng pandaigdigang merkado. Ang produksyon ng Brazil ay isinagawa ng Companhia Brasileira de Litio (CBL), isang kumpanya kung saan ang Codemge ay may equity na interes. Tinatantya ng Geological Survey ng Brazil na ang mga pambansang reserba, na puro sa Jequitinhonha Valley, ay nagkakahalaga ng 8% ng mineral sa mundo, humigit-kumulang 14 milyong tonelada. Ang Australia at Chile ay ang pinakamalaking pandaigdigang producer ng lithium, na may, ayon sa pagkakabanggit, 51,000 t at 16,000 t.

Ang Lithium ay isang magaan na metal na may mataas na densidad ng enerhiya, ibig sabihin, ito ay may kakayahang mag-concentrate ng mas maraming enerhiya sa isang mas maliit na espasyo kung ihahambing sa mga nickel-cadmium na baterya na ginamit sa mga unang cell phone at notebook o ang conventional lead-acid na kotse na ginamit para sa buhayin ang makina ng combustion vehicle (tingnan ang Pesquisa FAPESP nº 258).

Karamihan sa mga baterya ng lithium-ion ay binuo na may kumbinasyon kung saan ang anode (negative pole) ay gawa sa graphite carbon, habang ang cathode (positive pole) ay gawa sa lithium oxide at isang halo ng mga metal, na kinabibilangan ng nickel, manganese at cobalt. Ang electrolyte (ang daluyan kung saan gumagalaw ang mga atomo ng ion sa pagitan ng mga pole) ay isang halo ng mga organikong solvent at lithium salts.

Ipinaliwanag ni Valdirene Peressinotto, coordinator ng mga proyekto sa pananaliksik, pagpapaunlad at pagbabago (RD&I) sa Codemge, na, dahil sa mga materyales na ginamit at proseso ng produksyon, ang kumbinasyong ito ng mga materyales ay nagpapakita ng mga problema sa kaligtasan kapag nalantad sa mga nakababahalang sitwasyon, tulad ng pag-init sa itaas 45 oC, short circuit at perforation, isang panganib na umiiral sa kaganapan ng isang banggaan ng sasakyan.

Ang solusyon sa baterya na nilikha ng Oxis Energy ay hinuhulaan ang paggamit ng metallic lithium sa anode, pinapalitan ang graphite carbon, at isang kumbinasyon ng sulfur at carbon sa cathode. Ang kumpanya ay nakabuo ng sarili nitong teknolohiya para sa cathode at electrolyte. Ang mga pagsusuring isinagawa ay nagpapahiwatig na ang mga bagong bateryang ito ay ligtas, gumagana nang normal sa mga temperaturang mula minus 60oC hanggang minus 80oC at hindi sumasabog kapag nabutas o nasa isang short circuit na kondisyon.

Bilang karagdagan sa kaligtasan sa pagpapatakbo, ang isa pang bentahe ng mga baterya ng lithium-sulfur ay ang density ng enerhiya. Habang ang mga lithium-ion na baterya ay naka-concentrate ng maximum na 240 watt-hours kada kilo (Wh/kg), ang mga lithium-sulfur ay nag-iimbak ng 450 Wh/kg. Sa pagsasagawa, ginagawa nitong posible na bumuo ng mas maliliit, mas magaan na baterya na nagbibigay sa mga sasakyan ng higit na awtonomiya.

Ang isang mahalagang katotohanan, ayon kay Peressinotto, ay ang mga lithium-ion ay malapit na sa kanilang teoretikal na limitasyon sa kahusayan, habang ang mga lithium-sulfur ay mayroon pa ring potensyal na ebolusyon kaugnay sa density ng enerhiya. "Inaasahan ng Oxis na maabot ang densidad na 550 Wh/kg pagsapit ng 2020", ang sabi ng RD&I coordinator ng Codemge.

Naka-headquarter sa Araxá (MG), ang CBMM ang pinakamalaking pandaigdigang producer ng niobium (tingnan ang Pesquisa FAPESP no. 277). Noong 2018, nakipagsosyo ito sa Toshiba Corporation upang lumikha ng bagong baterya ng lithium. Ang panukala ng departamento ng R&D ng Toshiba ay palitan ang carbon anode ng halo-halong mga oxide ng niobium at titanium (NTO), na pinapanatili ang tradisyonal na pagsasaayos ng isang lithium metal alloy sa cathode.

Ayon kay Rogério Marques Ribas, executive manager ng mga baterya sa CBMM, habang ang carbon anode ay tumutugon sa lithium at bumubuo ng structural stress, tulad ng 13% na pagtaas ng volume sa panahon ng recharge, ang NTO ay kumikilos nang iba. "Ang pagkakaibang ito ay nagbibigay-daan para sa higit na kapangyarihan at mas mabilis na pag-recharge", highlight niya.

Ang paghahambing ng dalawang baterya na may parehong singil sa enerhiya, habang ang bersyon ng lithium-ion ay tumatagal ng apat na oras upang mag-recharge, ang bersyon ng NTO ay nangangailangan lamang ng 10 minuto. Ang baterya ng NTO ay mayroon ding tibay para sa paggamit sa mga sasakyan sa loob ng 15 taon, habang ang limitasyon na nakuha na sa baterya ng lithium-ion ay lima hanggang 10 taon. Ang isa pang bentahe ay ang NTO anode ay nagbibigay ng higit na kaligtasan sa mga sitwasyon ng stress dahil sa pag-init o pagbabarena.

Ang partnership sa pagitan ng CBMM at Toshiba ay nananawagan para sa bawat isa sa mga kumpanya na mamuhunan ng US$7.2 milyon sa isang pilot plant, na itinatayo sa Yokohama, Japan, at gagawa ng mga unang unit para sa pagsubok sa loob ng dalawang taon. "Ang aming inaasahan ay magkaroon ng teknolohiyang maaprubahan ng mga customer sa 2021, na magiging garantiya para sa pagtatayo ng isang linya ng produksyon sa isang pang-industriyang sukat," sabi ni Ribas.

Ayon sa kanya, isa pang proyekto para sa paggamit ng niobium sa mga baterya ang isinasagawa ng North American Wildcat Discovery Technologies, sa San Diego, California. Ang CBMM ay kasosyo din sa proyekto, na ang layunin ay ang paggamit ng niobium sa cathode. Ang proyekto ay nasa unang yugto ng pag-unlad.

Ang paghahanap para sa mas mahusay na pagganap sa mga rechargeable na baterya para sa mga de-kuryenteng sasakyan ay nagpapakita ng isang pandaigdigang pagsisikap na nagsimula ilang dekada na ang nakalipas. Inanunsyo ng Royal Swedish Academy of Sciences noong Oktubre, ang 2019 Nobel Prize sa Chemistry ay iginawad sa American mathematician at physicist na si John Bannister Goodenough, British chemist na si M. Stanley Whittingham at Japanese chemist na si Akira Yoshino para sa kanilang pag-aaral sa mga taong 1970 at 1980 at kung saan humantong sa pagbuo at komersyal na produksyon ng mga modernong baterya ng lithium-ion.

Ayon sa ulat ng Global EV Outlook 2019 na inilathala ng International Energy Agency (IEA), ang pangunahing gawain sa kasalukuyan ay nagsasangkot ng mga pagbabago sa mga kemikal na katangian ng mga baterya, tulad ng mga cathode na ginawa gamit ang lithium oxide at isang metal na komposisyon na nabuo na may 80% ng nickel. , 10% mangganeso at 10% kobalt, hindi katulad ng mga kasalukuyang, na may pantay na bahagi ng tatlong metal.

Ang isa pang linya ng pag-unlad ay ang lithium cathodes na may nickel, cobalt at aluminum oxide, isang solusyon na ginagamit lamang sa maliliit na baterya. Ang pinaka-pinag-aralan na materyal para sa aplikasyon sa anodes ay ang silicon-graphite composite. Inaasahan ng industriya ng sasakyan ang makabuluhang pag-unlad sa pagtaas ng density ng enerhiya at pagbabawas ng mga gastos sa 2025.

Ang pandaigdigang fleet ng mga electric cars (pure at hybrid) ay lumampas sa 5.1 milyong sasakyan noong 2018 at ang bus fleet ay umabot sa 460,000 unit, ayon sa IEA. Kasama sa inaasahan para sa 2030 ang mga senaryo kung saan aabot ang fleet ng sasakyan mula 130 milyon hanggang 250 milyon. Sa Brazil, ang bilang ng mga electric at hybrid na sasakyan ay umabot sa 10.6 thousand units noong 2018, ayon sa data mula sa National Association of Automotive Vehicle Manufacturers (Anfavea). Walang mga projection para sa Brazilian market, ngunit ang inaasahan ng pagpapalawak ng pambansang fleet ay nag-uudyok sa mga kumpanya na gumawa ng mga lithium-ion na baterya sa lokal.

Ang Grupo Moura, isang tradisyunal na tagagawa ng mga lead vehicular na baterya, ay nagtatag ng isang lithium battery R&D unit sa punong tanggapan nito sa Belo Jardim (PE). Sa 2019 pa rin, isang unang bersyon para sa mga forklift ang dumating sa merkado. Ang kumpanya ay pumasok din sa isang pakikipagtulungan sa American Xalt Energy, may hawak ng teknolohiya ng baterya para sa mabibigat na sasakyan, na may layunin na maghatid, sa simula, sa merkado ng bus. Isang kontrata ang nilagdaan sa tagagawa ng São Paulo na Eletra (tingnan ang Pesquisa FAPESP nº 283).

Ipinaalam ni Fernando Castelão, direktor ng Lithium Division sa Moura, na iaangkop ng kumpanya ang mga Xalt na baterya sa mga kondisyon ng paggamit sa Brazil. Ang isang bagong pabrika ng Moura na binuksan noong 2018 ay idinisenyo upang makagawa ng item. Ayon kay Castelão, ang mga baterya ng lithium-ion ay nangangailangan ng mga espesyal na pag-iingat sa kaligtasan upang matiyak ang sapat na sealing at proteksyon laban sa pagkakadikit sa tubig. Kailangan din nila ng cooling system para mapanatili ang tamang temperatura. "Ang mga sasakyan sa Brazil ay napapailalim sa mga kundisyon ng klima na naiiba sa mga nasa Hilagang bansa", highlights ang executive.

Sa São Paulo, ang Electrocell, isang kumpanyang matatagpuan sa Center for Innovation, Entrepreneurship and Technology (Cietec) ng Unibersidad ng São Paulo (USP), ay nagtatrabaho sa pagbuo ng mga baterya ng lithium-ion ng sasakyan mula noong 2007, teknolohiya na nagmula sa isang proyektong nauugnay sa mga fuel cell na sinusuportahan ng Pipe program ng FAPESP. Ang kumpanya ay pumasok sa isang partnership sa Brasil VE Superleves, isang pambansang assembler ng mga sasakyan na may super-compact na chassis na naka-install sa Anhanguera Business Park, sa Cajamar (SP), at inaasahang magsisimula sa pang-industriyang aktibidad nito sa Disyembre. Ang layunin ay upang makabuo sa pagitan ng 40 at 200 mga yunit bawat buwan, kabilang ang mga pampasaherong sasakyan na may dalawa at apat na upuan, mini-truck at mga bus na may 12 at 24 na upuan.

Isang inhinyero ng kemikal na nagdadalubhasa sa paggawa ng mga baterya ng lithium sa Germany, itinuturo ng direktor ng Electrocell Gerhard Ett na sa una ay i-import ng kumpanya ang mga cell at isasama ang mga baterya ng lithium sa bansa. Ang unang batch ay magmumula sa Germany, ngunit ang kumpanya ay mayroon ding mga komersyal na contact sa China, United States at South Korea. "Ang aming layunin ay upang isagawa ang lahat ng produksyon sa lokal. Mayroon na kaming kinakailangang teknikal na kaalaman at pinagkadalubhasaan ang proseso ng pagmamanupaktura. Kailangan lang namin ng sukat upang simulan ang produksyon, "sabi ni Ett, na isa ring propesor sa FEI University Center sa São Bernardo do Campo (SP).

Para sa mechanical engineer na si Paulo Henrique de Mello Sant'Ana, mula sa Center for Engineering, Modeling and Applied Social Sciences sa Federal University of ABC (Cecs-UFABC), ang pag-master ng produksyon ng mga baterya ay magiging estratehiko sa hinaharap ng electric mobility. Ayon sa kanya, napakahalaga para sa Brazil na iposisyon ang sarili bilang isang developer ng teknolohiya at hindi lamang isang mamimili ng mga natapos na produkto. "Hindi pa rin namin alam kung ang mga inisyatiba tulad ng CBMM at Toshiba o Codemge na may Oxis ay magkakaroon ng economic viability at ang kakayahang pataasin ang performance ng mga kasalukuyang lithium batteries, ngunit napakahusay na ang mga Brazilian ay kasangkot sa proseso ng pag-develop", deklara niya.

Mga proyekto

1. Pagbuo ng injected graphite composites na inilapat sa mga kemikal na proseso (nº 04/09113-3); Modality Innovative Research sa Maliit na Negosyo (Pipe); Responsableng mananaliksik Volkmar Ett (Electrocell); Pamumuhunan R$ 601,848.93.
2. Pagbuo at pagtatayo ng semi-awtomatikong fuel cell assembly line (nº 04/13975-0); Modality Innovative Research sa Maliit na Negosyo (Pipe); Finep Pipe-Pappe Agreement; Responsableng mananaliksik Gerhard Ett (Electrocell); Pamumuhunan R$433,815.72.
3. Pagbuo ng mga fuel cell na isinama sa software at hardware para sa pagsubaybay, diagnostic, kontrol at peripheral (nº 00/13120-4); Modality Innovative Research sa Maliit na Negosyo (Pipe); Responsableng mananaliksik Gerhard Ett (Electrocell); Pamumuhunan R$352,705.02.

---