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Jul 02, 2023

Registros de patentes fornecem pistas para o futuro das baterias de veículos elétricos

Estamos nos estágios preliminares de uma transição histórica de

Estamos nos estágios preliminares de uma transição histórica de veículos com motor de combustão interna (ICE) para veículos elétricos a bateria (BEVs). A transição será cara e difícil em muitos aspectos. A inovação deve facilitar essa transição. Os pedidos de patente recentemente arquivados podem fornecer pistas sobre a direção da inovação BEV.

COMENTÁRIO

A maioria dos pedidos de patentes dos EUA é publicada pelo US Patent and Trademark Office (USPTO) logo após o depósito. Este artigo se concentra apenas nos pedidos de patente do USPTO, que também refletem a inovação BEV, assim como as patentes registradas em outros escritórios de patentes em todo o mundo.

Uma patente dos EUA concede ao seu proprietário o direito de impedir que outros façam, usem, vendam ou importem produtos nos EUA cobertos pela patente. Uma patente pode ser reivindicada contra um produto concorrente independentemente de o produto ter sido criado sem o conhecimento da patente. Uma patente pode ser extremamente valiosa e pode ser explorada por seu proprietário por meio de litígio, licenciamento a terceiros ou outros meios.

Os BEVs são movidos inteiramente por eletricidade. Um trem de força BEV normalmente inclui um inversor de tração conectado eletricamente entre uma bateria recarregável e um motor elétrico. A bateria fornece energia CC. O motor elétrico precisa de energia CA para operar. O inversor de tração converte a energia CC da bateria em energia CA para o motor elétrico. O inversor de tração também controla a velocidade e o torque do motor elétrico.

As baterias são o componente mais importante e caro do trem de força BEV. As baterias são caracterizadas por muitos fatores, incluindo custo, tempo de recarga, densidade de energia, densidade de potência, segurança e vida útil. Baterias menores e mais leves reduzem o custo e o peso dos BEVs. No entanto, baterias menores não têm a capacidade necessária para aliviar a ansiedade do motorista.

Atualmente, as baterias de íon-lítio são as preferidas para os BEVs. Em 2022, vários comunicados à imprensa anunciaram planos para criar novas fábricas nos Estados Unidos para a fabricação de baterias de íon-lítio. Esses anúncios aumentaram logo após a aprovação da Lei de Redução da Inflação dos EUA, que enfatiza as baterias de BEV de origem doméstica.

As baterias de íons de lítio consistem em um eletrólito, ânodo e cátodo. O eletrólito é onde os íons são trocados entre o ânodo e o cátodo enquanto a bateria é carregada ou descarregada. Vários materiais diferentes podem ser usados ​​para o eletrólito e eletrodos (ou seja, ânodo e cátodo), cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Esses incluem:

O banco de dados do USPTO indica que um total de 4.301 pedidos de patentes nos EUA foram arquivados, relacionados a baterias de íon-lítio. Vários desses pedidos de patente podem ser direcionados a aspectos periféricos de baterias de íon-lítio, incluindo métodos de reciclagem, monitoramento etc. No entanto, a maioria das 4.301 patentes é direcionada à composição, estrutura e métodos de fabricação de baterias de íon-lítio.

Quase 40% dos 4.301 pedidos de patentes foram registrados nos últimos cinco anos, o que sugere que a inovação na tecnologia de baterias de íon-lítio continua em ritmo acelerado. Isso também sugere que as baterias de íon-lítio desempenharão um papel importante nos BEVs no futuro próximo. O gráfico abaixo mostra uma divisão geográfica por país requerente de pedidos de patente relacionados a baterias de íon-lítio que foram arquivados nos EUA durante os últimos cinco anos. Parece que o Japão assumiu um papel de liderança no desenvolvimento de baterias de íons de lítio desde 2017.

Apesar da importância da tecnologia de bateria de íon-lítio, o USPTO está observando um aumento na taxa de pedidos de patentes dos EUA direcionados a tecnologias alternativas de bateria, como baterias de estado sólido. Ao contrário das baterias de íons de lítio, as baterias de estado sólido usam eletrólitos de estado sólido para transferir íons de lítio entre o ânodo e o cátodo. Os eletrólitos de estado sólido fornecem baterias com densidades de energia mais altas, vida útil mais longa e melhor segurança. No entanto, existem algumas preocupações sobre o preço e a complexidade da fabricação de baterias de estado sólido em escala.