Baterias
Situação atual e perspectivas
para os próximos 10 anos
Patricio Rodolfo Impinnisi
Laboratório de Pilhas e Baterias
[email protected]
Curitiba, 06 de novembro de 2009
Baterias. Presente e futuro
Apresentação
1. Demanda
2. Mercado
3. Situação Atual
4. Tipos de baterias
5. Principais tecnologias
6. Comentários finais
Baterias. Presente e futuro
Demanda
COMPUTADORES PORTÁTEIS
CELULARES
iPODS
BRINQUEDOS
CARTÕES
E-BOOKS
ALARMES
CALCULADORAS
BLACKBERRY
SISTEMAS WIRELESS
CHAVES ELETRÔNICAS
SENSORES PALM TOPS
RÁDIOS
RELÓGIOS
RFID ATIVOS
PORTA-RETRATOS
CÂMERAS
Baterias. Presente e futuro
Evolução do Mercado Mundial
Pilhas e baterias:
U$ 50 bi (2006)  U$ 63 bi (2007)  U$ 71 bi
(2008)  U$ 61 bi (2009)
180
24%
40%
20%
16%
(EUA)
(Ásia)
(Europa)
(resto)
160
Mercado [U$ bi]
Pilhas:
U$ 36 bi
Baterias: U$ 25 bi
VE:
U$ 1 bi
Mercado Mundial de Pilhas e Baterias
140
120
Crise econômica
100
80
realizado
previsto
60
40
2006
2008
2010
2012
Ano
2014
2016
2018
2020
Baterias. Presente e futuro
Mercado mundial de Pb-ácido
Em 2007
Mercado mundial de Pb-ácido foi:
Automotivo (380 mi unidades) U$ 19 bi
Industrial U$ 4 bi
Total: U$ 22 bi
35% do mercado mundial de pilhas e
baterias!
Custo – segurança - confiabilidade
Baterias. Presente e futuro
Situação atual
1920 5%
2009 90%
De cada 10 empresas de tecnologia na área de
eletrônica só 1 trabalha com o desenvolvimento
das fontes de energia. Como avançar?
Baterias. Presente e futuro
Situação atual
As baterias estão melhorando? (Paradoxo)
Exemplo Laptops
Baterias:
Aumento da
densidade
de energia
de 10% ao
ano!
Baterias. Presente e futuro
Produção mundial em unidades/ano
500
Produção [bilhões de unidades]
Estimativa da produção mundial de pilhas e baterias
400
300
Que baterias são estas?
O que se está pesquisando?
200
100
IDTech
0
2008
2010
2012
2014
Ano
2016
2018
2020
Baterias. Presente e futuro
1600
Metal-ar
1400
1200
Menores
Densidade volumétrica de energia [Wh/litro]
Principais Tecnologias
1000
800
Filmes de Li
600
Pb-ácido
400
Íon lítio Li-polímero
Ni-MH
Ni-Cd
200
Mais leves
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Densidade gravimétrica de energia [Wh/kg]
400
Baterias. Presente e futuro
ÍON LÍTIO CONVENCIONAL
Vantagens
Elevada densidade de energia ~ 150 – 200 Wh/kg
Elevada densidade de energia volumétrica ~ 400 - 500 Wh/L
Baixa auto-descarga
Elevada vida cíclica > 1000 ciclos
Elevada tensão unitária: 2,5 a 4,5 V
Desvantagens
Elevado custo ~ 5x Pb-ácida
Necessidade de controles
Reciclagem
Segurança
Baterias. Presente e futuro
ÍON LÍTIO CONVENCIONAL
e-
e-
-
+
Li+
carga
e-
e-
Li+
LixC6 Grafite
descarga
Eletrólito condutor de Li+
LiCoO2
Baterias. Presente e futuro
NOVEDADES EM ÍON LÍTIO
Eletrodo negativo :
Grafite  Silício (aumento de 80% na densidade de
energia. Standford).
C x Si  Problemas de crescimento (4x)  nano
filamentos de Si sobre aço  600 ciclos  5 anos
Eletrodos positivos:
LiCoO2, LiFePO4, LMn2O4, LMnO2, LiV2O5, etc.
MIT FePO4, 100xW nano esferas. Carga em 10 s para
celular e 5 minutos para VE. TEORIA  PRÁTICA
Baterias. Presente e futuro
LÍTIO-POLÍMERO
VE 200 km, 600 ciclos
Onda Insight, Ford Think City, Cleanova.
Baterias. Presente e futuro
LÍTIO-AR
Stair (St. Andrews air) Technology
2,5 V 3050 Wh/kg (20x LiCoO2)
1220 Ah/kg
>5 anos para
ter um produto
Catalisadores !
Perigo de explosão na carga
Baterias. Presente e futuro
Níquel-MH
Vantagens
Experiência em utilização em VE
Aceita elevadas correntes de carga
Baixa manutenção
Segurança
Desvantagens
Auto-descarga
Sensibilidade à temperatura
Sensibilidade à carga
Custo
Pb/Ni-MH/Lítio
Células a combustível
Toyota Prius, Onda Civic, Accord,
Ford Scape, etc.
290.000 km sem degradação
2 geração: 1000 W/kg (pulsos)
3 geração: 1300 W/kg (pulsos)
Baterias. Presente e futuro
ZEBRA (Na-NiCl2)
Vantagens
Tolerâncias à sobre carga e à
descarga profunda
Elevada vida útil
Excelentes parâmetros
operacionais
Segurança
Projeto Itaipu/KWO VE
Desvantagens
Opera a 270-350 oC (12 dias p/30 kWh)
Acesso ao sistema
Baterias. Presente e futuro
CHUMBO ÁCIDO
Vantagens
Custo
Experiência
Reciclagem
Desvantagens
Baixas densidades de energia
Sulfatação
Grades alto antimônio
Grades baixo antimônio
Grades livres de antimônio (Pb-Ca)
Recombinação de O2 (Baterias Seladas)
Baterias Bipolares
Carbono
Ultra Baterias
Nanotecnologia
Baterias. Presente e futuro
CHUMBO ÁCIDO
Nanotecnologia
Baterias. Presente e futuro
CHUMBO ÁCIDO
Carbono
Firefly
Baterias. Presente e futuro
CÉLULAS A COMBUSTÍVEL
ESTACIONÁRIAS
VEICULARES
PORTÁTEIS
PROMESAS SOBRE CUSTOS
FALTA DE MERCADO
O HIDROGÊNIO
MÍDIA
Baterias. Presente e futuro
Comentários Finais
Situação atual: As baterias se tornaram o principal
problema tecnológico para VE, Laptops, ipods,
utilização de energias renováveis...MAIS
DENSIDADE DE ENERGIA!
A demanda por maiores densidades de energia
está chegando a limites críticos:
Densidade de energia do Lítio-cloreto de tionila
1422 Wh/litro
Explosivo TNT 1922 Wh/litro
Baterias. Presente e futuro
Comentários Finais
Necessidades no Brasil:
MCT e MME: Nova dependência?
VE
Consumo
de baterias
Energias
renováveis
Futuro do Brasil
Nanotecnologias
Base tecnológica
nacional na área
de baterias ?
Baterias. Presente e futuro
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
Patricio Rodolfo Impinnisi
[email protected]