Baterias TPPL em aplicações de movimentação de materiais: hoje e amanhã

Quando se pensa na força motriz por trás de qualquer veículo elétrico, baterias de lítio vêm imediatamente à mente. Um dos desafios que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) às vezes enfrentam ao utilizá-las é o seu preço mais alto. Em aplicações de movimentação de materiais, no entanto — especialmente em empilhadeiras — isso é uma desvantagem, especialmente para frotas menores.

Uma alternativa que continua em uso para frotas de empilhadeiras elétricas é a bateria de chumbo puro de placa fina (TPPL) — ainda entre as tecnologias de bateria mais avançadas para uso em tais equipamentos.

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Assim como acontece com todas as baterias de chumbo-ácido, a tecnologia TPPL consiste em placas de chumbo suspensas em uma solução eletrolítica de água e ácido sulfúrico dentro de um invólucro. No entanto, as placas TPPL são especialmente finas, permitindo a instalação de mais placas na bateria e uma maior área de superfície reativa. O resultado é menor resistência interna, menores perdas de energia, recarga mais rápida e maior fornecimento de corrente com menor queda de tensão do que uma bateria de chumbo-ácido inundada (FLA) comum.

Uma empilhadeira elétrica opera em um armazém. (Foto: alamy)

Em comparação com a tecnologia FLA, as baterias TPPL — que são versões aprimoradas das baterias de manta de vidro absorvente (AGM) — oferecem vantagens adicionais. Por exemplo, são baterias seladas e, portanto, não requerem manutenção regular. As emissões de gases também são reduzidas. Por fim, a vida útil do ciclo é maior, especialmente quando as baterias são submetidas a microciclos repetidos de descarga seguidos de carga parcial.

Desvantagens em relação ao lítio

No entanto, mesmo com as melhorias mais recentes, as baterias TPPL apresentam desvantagens quando comparadas às baterias de lítio . Primeiro, as unidades TPPL ficam para trás em densidade energética. As placas de chumbo representam cerca de 40 a 60% do peso da bateria, resultando em menor densidade energética. Assim, para aplicações exigentes nas quais mais energia é necessária para manter operações de vários turnos funcionando sem problemas com uma única bateria, as baterias TPPL não conseguem competir com suas contrapartes de lítio.

As baterias TPPL também sofrem reduções acentuadas na condutividade elétrica em temperaturas extremas. A condutividade elétrica da solução de ácido sulfúrico cai drasticamente acima de 32 °C e abaixo de 15 °C. A condutividade máxima de uma bateria TPPL a -21 °C é metade da condutividade quando a temperatura do eletrólito é de 15 °C.

Por fim, a profundidade de descarga (DOD) preferencial para uma bateria TPPL é de apenas 50%, com uma descarga máxima segura de 80%. Isso se deve à formação de sulfato de chumbo(II) nos eletrodos durante a descarga. Em vez de cristais finos e soltos, o sulfato de chumbo(II) forma uma camada densa e contínua de grandes cristais na superfície do eletrodo. Isso pode aumentar significativamente o volume das placas com descargas profundas, o que pode levar à deformação e destruição das placas.

Melhorando o desempenho do TPPL

No entanto, existem diversas maneiras pelas quais o projeto de baterias TPPL pode ser aprimorado no futuro para aprimorar seu desempenho. Por exemplo, a capacidade elétrica da bateria pode ser aumentada por meio de alterações no projeto da placa do eletrodo e do uso de pós para aumentar a superfície de contato eletrólito-eletrodo.

Além disso, o uso de materiais mais leves pode reduzir significativamente o peso da placa e, portanto, aumentar a energia específica. O titânio, por exemplo, é 2,5 vezes mais leve que o chumbo, além de ser resistente à corrosão, e algumas pesquisas estão sendo realizadas sobre seu uso no eletrodo positivo de baterias de chumbo-ácido.

O carbono também pode ser usado como aditivo para revestimentos de placas em eletrodos positivos e negativos para ajudar a prevenir a formação de sulfato de chumbo(II) e, ao mesmo tempo, aumentar a proporção da massa do eletrodo envolvida nas reações.

A principal restrição para todas essas três oportunidades é o custo de produção. Adicionar componentes complexos e caros pode tornar os produtos TPPL excessivamente caros. Isso é preocupante, visto que se espera que os preços das baterias de lítio diminuam com a escala.

Outlook vs. Lítio

Portanto, o futuro das baterias de chumbo em aplicações de movimentação de materiais ainda é incerto. Algumas previsões indicam que elas perderão participação para as baterias de lítio. Em junho de 2022, a EUROBAT, associação europeia de fabricantes de baterias automotivas e industriais, publicou a versão 2.0 do seu Roteiro de Inovação em Baterias 2030. Na época, a organização afirmou que as baterias de chumbo para propulsão em movimentação de materiais, como em aplicações para empilhadeiras, detinham cerca de 90% do mercado, com o lítio apenas começando a ganhar espaço. Até 2030, a organização prevê que a participação das baterias de íons de lítio no mercado de propulsão crescerá para quase 50%.

A opção Hyster permite que os usuários finais selecionem o tipo de bateria. O Power Cellect permite que os usuários alterem entre as principais fontes de bateria sem acessórios externos ou downloads de software.