Quando se trata de carro elétrico, a duração da bateria é certamente o tópico mais comentado - depois da faixa, é claro. É preciso dizer que esta peça não é apenas essencial, mas também objeto de todas as fantasias.
Se este artigo não pretende dar uma resposta quantificada e indiscutível, ele fornece alguns elementos iniciais para estimar a vida útil teórica e real das baterias. São elementos essenciais para desmistificar os veículos elétricos e adotar um bom comportamento de uso.
Como funciona uma bateria de carro elétrico?
Todo mundo está falando sobre baterias de carros elétricos. Às vezes são poluentes, outras vezes não são suficientemente poderosos. Para além dessas considerações, é preciso antes de tudo compreender o seu funcionamento para poder apreender a sua longevidade. Nós experimentamos, tentando ser o mais pedagogos possível.»Leia também» Os veículos elétricos são realmente mais poluentes do que os automóveis a gasolina?
No coração da bateria de íon de lítio
Antes de olhar para a vida útil de uma bateria de carro elétrico, o primeiro passo é entender como ela funciona. Depois de confiar nas tecnologias de níquel cádmio (NiCd) e níquel metal-hidreto (Ni-MH), os veículos elétricos agora carregam - em sua maior parte - uma bateria de íon-lítio. Comercializado a partir da década de 1990, tem como base um funcionamento semelhante ao da bateria de chumbo-ácido, tecnologia essencial dos veículos de combustão.Seu princípio? Circule os elétrons para criar uma diferença de potencial entre dois eletrodos: um positivo (o cátodo) e um negativo (o ânodo), sendo o primeiro geralmente composto de um óxido metálico, o segundo de grafite. Essa reação é possível graças a um líquido condutor, denominado eletrólito, que garante a transferência dos íons de lítio (íons Li +), no qual os eletrodos ficam imersos. Quando a bateria está em funcionamento, os íons Li + são repelidos do eletrodo negativo com o qual não têm afinidade e são atraídos pelo eletrodo positivo: esta é a fase de descarga. Por outro lado, o íon Li + é liberado pelo ânodo na fase de recarga, antes de ser inserido no cátodo.
Uma série de células que são importantes
As baterias de íons de lítio são compostas por várias células, cada uma das quais reproduz a reação descrita acima para criar uma diferença de potencial. Eles estão interligados e comandados por um circuito eletrônico que coordena sua produção de eletricidade. O desempenho da bateria dependerá principalmente do número de células a bordo, seu tamanho e como estão distribuídas. Esses três elementos irão determinar principalmente:- a capacidade da bateria, expressa em kWh no automóvel, que corresponde à quantidade de eletricidade que pode armazenar;
- e sua intensidade, expressa em amperes do símbolo A, que corresponde à carga elétrica que é possível entregar durante um segundo.
Alta densidade de energia, baixa resistência a ciclos completos
Se as baterias de íon-lítio se tornaram o padrão em carros elétricos - pelo menos atualmente - é principalmente porque elas têm uma alta densidade de energia. Isso significa que a relação entre capacidade de armazenamento e peso (ou tamanho) é muito alta, essencial para sistemas embarcados. Esta energia específica é da ordem de 300 a 500 Wh / kg em uma bateria de íon-lítio, ou seja, até 10 vezes mais do que em uma bateria de chumbo-ácido (1). Em outras palavras, a bateria será mais leve ou menos volumosa para uma capacidade equivalente. Para além de não necessitar de manutenção, esta tecnologia tem a vantagem de apresentar baixa autodescarga, nomeadamente uma redução gradual do nível de carga quando o veículo não é utilizado.Por fim, deve-se destacar que as baterias de íon-lítio também se distinguem por um efeito de memória limitado, permitindo que sejam recarregadas - enquanto a descarga não é completa - sem danificá-las.No entanto, as baterias de íon-lítio para veículos elétricos têm culpa. Além de serem relativamente caros de fabricar, principalmente por causa da escassez de lítio, eles não suportam ciclos completos de carga e descarga. Em outras palavras, uma descarga profunda - correspondendo a uma capacidade total inferior a cerca de 5% - se mostrará destrutiva e prejudicará irreparavelmente seu desempenho. Outras desvantagens também devem ser observadas (sensibilidade à temperatura, periculosidade do eletrólito, etc.), mas geralmente são compartilhadas pelas outras tecnologias principais utilizadas no mundo automotivo.
Qual é a vida útil de uma bateria de carro elétrico?
Agora que sabemos - aproximadamente - como funciona uma bateria de íon de lítio, é hora de abordar o assunto que realmente nos interessa, sua vida útil. Longevidade teórica, feedback da experiência e fatores de degradação: nós fornecemos as principais respostas para sua pergunta.1.000 a 1.500 ciclos: a vida útil teórica de uma bateria de carro elétrico
Em média, estima-se que a vida útil de uma bateria de chumbo-ácido é de 4 a 5 anos. Mas e quanto à bateria de íon de lítio em um carro elétrico? Em primeiro lugar, saiba que é difícil fazer uma estimativa em anos - o que, em menor medida, também se aplica aos veículos térmicos - porque muitos parâmetros entram em jogo. Portanto, é preferível Aborde a questão do ângulo do número de ciclos de descarga-recarga. Embora esses números sejam discutíveis e variem de modelo para modelo, é aceito que a vida útil da bateria de um carro elétrico está atualmente entre 1.000 e 1.500 ciclos. Além desse limite, os fabricantes consideram que a capacidade de armazenamento é de apenas 70% a 80% do que era noorigem. Uma percentagem que já não é suficiente, na medida em que limita a autonomia do veículo, e que requer a substituição da bateria.Ainda outra questão surge: quantos anos leva para completar esses 1.000 a 1.500 ciclos? Segundo os fabricantes, a duração média giraria em torno de 10 anos em condição de uso "clássica". Para tentarmos responder por nós próprios, tomemos o exemplo do novo Renault Zoé com uma bateria com capacidade de 52 kWh, cujo consumo teórico ronda os 17 kWh / 100 km e que não é recarregada. apenas acima de uma faixa de 20 a 80% da capacidade da bateria, a fim de limitar os ciclos completos de descarga-recarga (que são prejudiciais como já discutimos). Esteja ciente de que a Renault ainda recomenda ciclos de recarga-descarga entre 30 e 80%, permitindo assim que apenas metade da capacidade da bateria seja usada.Voltando ao nosso exemplo, o motorista irá, portanto, usar 31,2 kWh (60% de 52 kWh) diariamente, o que lhe permite - teoricamente mais uma vez - viajar cerca de 184 quilômetros por ciclo. Presumindo que ele viaje 20.000 quilômetros por ano, ele executará aproximadamente 109 ciclos anuais para atingir essa quilometragem. Se a vida útil for de 1.250 ciclos, por exemplo, a bateria pode ser usada por mais de 11 anos antes de cruzar o limite de obsolescência (entre 70 e 80% da capacidade original da bateria), ou seja, perto de 230.000 quilômetros. Um número que deve tranquilizar os potenciais compradores, apesar das condições mais rígidas de concessão do bônus ecológico desde 2020.o que lhe permite - teoricamente mais uma vez - cobrir cerca de 184 quilômetros em cada ciclo. Presumindo que ele viaje 20.000 quilômetros por ano, ele executará aproximadamente 109 ciclos anuais para atingir essa quilometragem. Se a vida útil for de 1.250 ciclos, por exemplo, a bateria pode ser usada por mais de 11 anos antes de cruzar o limite de obsolescência (entre 70 e 80% da capacidade original da bateria), ou seja, perto de 230.000 quilômetros. Um número que deve tranquilizar os potenciais compradores, apesar das condições mais rígidas para a concessão do bônus ecológico desde 2020.o que lhe permite - teoricamente mais uma vez - cobrir cerca de 184 quilômetros em cada ciclo. Presumindo que ele viaje 20.000 quilômetros por ano, ele executará aproximadamente 109 ciclos anuais para atingir essa quilometragem. Se a vida útil for de 1.250 ciclos, por exemplo, a bateria pode ser usada por mais de 11 anos antes de cruzar o limite de obsolescência (entre 70 e 80% da capacidade original da bateria), ou seja, perto de 230.000 quilômetros. Cifra que deve tranquilizar os potenciais compradores, apesar das condições mais rígidas de concessão do bônus ecológico desde 2020.ele executará aproximadamente 109 ciclos anuais para atingir essa milhagem. Se a vida útil for de 1.250 ciclos, por exemplo, a bateria pode ser usada por mais de 11 anos antes de cruzar o limite de obsolescência (entre 70 e 80% da capacidade original da bateria), ou seja, perto de 230.000 quilômetros. Cifra que deve tranquilizar os potenciais compradores, apesar das condições mais rígidas de concessão do bônus ecológico desde 2020.ele executará aproximadamente 109 ciclos anuais para atingir essa milhagem. Se a vida útil for de 1.250 ciclos, por exemplo, a bateria pode ser usada por mais de 11 anos antes de cruzar o limite de obsolescência (entre 70 e 80% da capacidade original da bateria), ou seja, perto de 230.000 quilômetros. Um número que deve tranquilizar os potenciais compradores, apesar das condições mais rígidas para a concessão do bônus ecológico desde 2020.alocação de bônus ecológicos mais rigorosa desde 2020.alocação de bônus ecológicos mais rigorosa desde 2020.
Vamos relembrar mais uma vez: este cálculo não é absolutamente verdadeiro. Isso apenas dá uma ideia aproximada da vida útil teórica de uma bateria de íon de lítio, enquanto ainda permite que você faça as contas por conta própria. Estamos cientes de que muitos fatores não podem ser respeitados na realidade (quilometragem diária, porcentagem de recarga e descarga, etc.) e que certos elementos afetarão o desempenho da bateria (condições climáticas, estilo de direção, velocidade média, etc.) etc.). No entanto, este exercício nos ensina uma lição: a vida útil da bateria geralmente será mais longa do que a de um carro elétrico. Uma observação que deve rapidamente se tornar mais democrática,na medida em que os fabricantes esperam atingir rapidamente um número teórico de ciclos de cerca de 2.000.
Uma bateria de íon de lítio perderia 2,3% de sua capacidade a cada ano
Para esperar resultados mais concretos em termos de duração da bateria, vamos ao Canadá. É aqui que está localizada a Geotab, empresa especializada na gestão de frotas automóveis. Por que estamos interessados nisso? Simplesmente porque acaba de desenvolver uma ferramenta de análise da degradação de baterias de íon-lítio, graças às informações coletadas em mais de 6.300 carros elétricos pertencentes a frotas, ou seja, o equivalente a 1,8 milhão de dias de dados. . Um total de 21 modelos separados de anos diferentes foram analisados, variando do Tesla Model S 2017 ao Kia Soul EV 2018 e ao Renault Kangoo ZE 2014 (2).Graças a esta ferramenta, chamada EV Battery Degradation Comparison Tool, é possível ter um feedback sobre o estado da bateria após um determinado período de uso real - e não mais teórico como antes. . Primeira lição: nos diferentes veículos analisados, a capacidade da bateria diminui em média 2,3% ao ano. No entanto, este valor deve ser considerado com cautela, uma vez que o período de análise nunca passou de 5 anos. Assim, nada nos diz que após 7 a 8 anos, por exemplo, a capacidade de armazenamento não diminui drasticamente. Por outro lado, isso permite estimar que a capacidade da bateria ainda gira em média em torno de 90% após 5 anos.São tantos os resultados que parecem confirmar que a vida útil de uma bateria de carro elétrico poderia de fato ser de 10 anos em média, período necessário para que a capacidade fosse de apenas 70 a 80% do que é. ela estava inicialmente. A Geotab também confirma que a maioria das baterias será capaz de sobreviver aos veículos que as transportam.
No entanto, seria muito fácil apresentar este número sem levar em conta todas as exceções que o Geotab observou. Por exemplo, 5 modelos se destacam graças a uma degradação muito baixa da bateria após 2 anos:
- o 2017 Kia Soul EV (a capacidade da bateria ainda é de 99,1% após 2 anos de uso);
- o Renault Kango ZE de 2014 (98,3%);
- o Volkswagen e-Golf 2017 (97,7%);
- e o Tesla Model X e Model S 2017 (97,6% e 97,4%, respectivamente).
Por outro lado, outros veículos estão longe de ser exemplares, como o BMW i3 2017 que perde 5,9% da capacidade de armazenamento em apenas um ano. A versão 2018 está melhor, porém, com queda de apenas 1,6% no mesmo período (3). Mais uma prova de que nem todas as baterias parecem iguais nesta área.
Temperatura e ciclo de trabalho: dois fatores importantes de degradação
Agora temos dois elementos que nos permitem estimar melhor a vida útil de uma bateria de íon-lítio: ela pode ser usada de 1.000 a 1.500 ciclos e perde em média 2,3% de sua capacidade a cada ano. Mas onde o problema é que muitos fatores irão impactar esses dois números. Alguns, que já suspeitávamos, também foram confirmados pelo Geotab por meio de seu estudo.- A temperatura de operação : assim como com as baterias de chumbo-ácido, o calor tende a fazer com que a capacidade da bateria de íon de lítio diminua permanentemente. Daí a importância de não estacionar o seu veículo sob a luz solar direta. Além de validar essa observação, Geotab nos informa que as baterias que incorporam um sistema de regulação térmica eficiente apresentam degradação mais lenta. Por outro lado, o frio simplesmente afetará a autonomia imediata, mas não afetará a vida útil da bateria.
- Carregando e descarregando: Como já discutimos, os ciclos completos de carga e descarga aceleram consideravelmente o desgaste da bateria de íon de lítio. Além de recomendar não ultrapassar certos limites (entre 20 e 80% como regra geral), os construtores costumam manter uma certa porcentagem que não pode ser usada para evitar cargas extremas. Como exemplo, o Tesla Model S possui uma bateria de 102 kWh, cuja capacidade é limitada a 98 kWh. Recomenda-se também evitar cargas rápidas, o que a Geotab confirma, pois tendem a acelerar a degradação da bateria, assim como a recarga imediata após uso intensivo do veículo. Ao escolher como carregar seu carro elétrico, é melhoropte por uma tomada doméstica reforçada.
- A idade do veículo : se a degradação da capacidade pode ser linear em certos casos, geralmente segue outro padrão. Muitas vezes, há uma queda inicial significativa, antes que o ritmo diminua. É finalmente próximo ao fim de sua vida que uma nova diminuição significativa é observada. Por outro lado, o uso intensivo do carro elétrico não parece ter impacto na vida da bateria. De acordo com o Geotab, a diferença na degradação seria mínima entre um veículo usado menos de 8.000 km por ano e outro mais de 20.000 km por ano (4). Previu-se, mais uma vez, para respeitar um intervalo de recarga-descarga entre 20 e 80% em média.
É por isso que a compra de um carro elétrico usado permanece tão incerta, pois é impossível saber como o proprietário anterior usava seu veículo. Felizmente, o SOH (State of Health) pode dar indicações quanto ao estado de saúde da bateria.
Que futuro para a bateria de um carro elétrico?
No entanto, a vida útil de uma bateria de íon de lítio não termina completamente após esses 1000 a 1500 ciclos de recarga-descarga. Se reciclagem é um assunto em debate, é sobretudo o reaproveitamento que parece poder dar uma segunda vida às baterias de iões de lítio. Uma segunda vida que deveriam desfrutar, pois poderiam ser rapidamente empurrados para a saída.Essas iniciativas que prolongam a vida útil das baterias
Uma vez que sua capacidade não é mais suficiente para as necessidades do carro elétrico, a bateria de íon-lítio agora tem cada vez mais uma segunda vida. Se reciclar para reaproveitar materiais é uma solução possível, ainda não está tão democratizada devido ao seu custo. É por isso que os fabricantes estão convertendo mais as baterias em soluções de armazenamento de eletricidade inicialmente, com base no princípio da economia circular. Nesta área, várias iniciativas - se não filantrópicas - merecem destaque pela sua engenhosidade.- UEX236 : por trás deste codinome esconde-se um demonstrador industrial dirigido pela SNAM (Société Nouvelle d'Affinage des Métaux) que é capaz de diagnosticar o estado das baterias para reaproveitar as melhores para uma segunda vida.
- Renault : o fabricante francês reaproveita certas embalagens de células para o armazenamento de energia renovável, principalmente de turbinas eólicas e painéis fotovoltaicos. O objetivo? Prolongue a vida útil da bateria em mais 5 a 10 anos. Outros usos também estão em desenvolvimento, especialmente para a substituição de geradores ou para compensar cortes de energia.
- xStorage Home : gerido pela Nissan, este dispositivo também prevê o armazenamento de energia solar. Mas as baterias de fim de vida da marca também são usadas para armazenar eletricidade fora dos horários de pico, antes de liberá-la durante os horários de pico.
Apesar dessas várias iniciativas, a situação está longe de ser otimista. Por quê ? Depois da segunda vida, chega a hora da reciclagem. No entanto, os regulamentos atuais exigem apenas a reciclagem de 50% do peso da bateria. O resto ? Ele é destruído, queimado ou mesmo enterrado. Esta situação é tanto mais preocupante quanto - segundo Christel Bories, presidente do Comité Estratégico do Sector Mineiro e Metalúrgico - a tonelagem de baterias a reciclar na Europa deve ser multiplicada por três até 2027 (5).
E se a bateria de íon de lítio já estivesse no fim?
Quanto mais o tempo passa, mais o preço das baterias de íon-lítio diminui graças ao efeito de escala. Ao mesmo tempo, sua capacidade continua a crescer, com o Tesla Model S chegando a atingir 100 kWh. E, no entanto, essa tecnologia nunca pareceu tão perto do fim. É preciso dizer que várias alternativas começam a aparecer e que os fabricantes acreditam nelas duramente como o ferro, como a BMW que investiu 200 milhões de euros para abrir seu novo centro dedicado às baterias do grupo (6 ) Essas são três tecnologias em particular que podem dar corpo ao futuro.- A bateria totalmente sólida : ao contrário das baterias tradicionais, tanto de chumbo-ácido quanto de íon-lítio, o eletrólito não é uma solução líquida, mas sim uma placa de vidro ou gel. Além de dispensar metais caros, incluindo cobalto, essa tecnologia ofereceria uma densidade de energia muito melhor e uma faixa de temperatura de operação multiplicada por até 6 vezes (de -20 a 100 ° C). Mas acima de tudo, a bateria totalmente sólida reduziria o peso e o preço dos veículos elétricos (porque é mais barato de produzir), ao mesmo tempo que aumentaria muito o alcance. A Toyota e a Volkswagen já anunciaram que pretendem usar esse tipo de bateria até 2025.
- A bateria de íon de sódio : como o próprio nome sugere, esta bateria tem como objetivo substituir o lítio por sódio nos eletrodos. Sua principal vantagem? Reduza o custo de produção em até 30%, já que o sódio é muito mais abundante na Terra. Por outro lado, a bateria de íon sódio não será capaz de oferecer a mesma densidade de energia. Em outras palavras, ela terá que ser muito maior ou mais pesada do que uma bateria de íon de lítio para oferecer a mesma capacidade de armazenamento. É por isso que, com toda probabilidade, essa tecnologia deveria ser usada mais para aplicações estacionárias ou armazenamento de energia.
- A bateria de lítio-enxofre : esquematizando, tal bateria dissolve o lítio em contato com o eletrodo negativo durante a descarga, o enxofre sendo transformado em diferentes materiais. Sua principal vantagem é que utiliza ingredientes ativos muito leves. Consequências ? A densidade de energia de uma bateria de lítio-enxofre é até 4 vezes maior do que a de uma bateria de íon-lítio. Seria assim possível reduzir consideravelmente o volume ou o peso da bateria, aumentando ao mesmo tempo a sua capacidade. Esta tecnologia é, no entanto, a mais incerta porque não é a mais investida pelos fabricantes, em particular porque a taxa de degradação da sua capacidade parece ser muito importante.
(1) Carro elétrico: como funciona a bateria de íon de lítio? - Easy Electric Life - 2019
(2) Geotab apresenta EV Battery Degradation Tool, fornecendo avaliação e comparação da vida útil da bateria de veículos elétricos - Geotab - 2020
(3) EV Battery Degradation Comparison Tool - Geotab - 2020
(4) O que 6.000 veículos elétricos podem dizer sobre a saúde da bateria EV? - Geotab - 2019
(5) Veículos elétricos: 700.000 toneladas de baterias a reciclar em 2035 - Le Parisien - 2019
(6) Em Munique, a BMW prepara as baterias do futuro - Clean Automobile - 2019
