À medida que os veículos elétricos crescem rapidamente em todo o mundo, em breve haverá uma onda de baterias usadas, cujo desempenho não será mais suficiente para veículos que precisam de aceleração e alcance confiáveis. Mas um novo estudo mostra que essas baterias ainda podem ter uma segunda vida útil e lucrativa como armazenamento de backup para instalações solares fotovoltaicas em escala de grade, onde elas podem ter uma performance mais de uma década nessa função menos exigente.

O estudo, publicado na revista Applied Energy, foi realizado por seis pesquisadores atuais, como o professor de engenharia mecânica Tonio Buonassisi, chefe do Laboratório de Pesquisa Fotovoltaica.

Como um caso de teste, os pesquisadores examinaram em detalhes uma fazenda solar hipotética em escala de grade na Califórnia. Eles estudaram a economia de vários cenários: construir uma fazenda solar de 2,5 megawatts sozinha; construir a mesma matriz junto com um novo sistema de armazenamento de bateria de íons de lítio; e construí-lo com um conjunto de baterias feitas de baterias EV reaproveitadas que haviam caído para 80% de sua capacidade original, o ponto em que elas seriam consideradas fracas demais para o uso contínuo do veículo.

Eles descobriram que a instalação da nova bateria não proporcionaria um retorno líquido razoável do investimento, mas que um sistema gerenciado adequadamente de baterias EV usadas poderia ser um investimento bom e lucrativo, desde que as baterias custassem menos de 60% do preço original.

Não tão fácil

O processo pode parecer simples e, implementado em projetos de menor escala, expandindo para a escala da grade não é simples, explica Mathews. “Existem muitos problemas em nível técnico. Como você seleciona as baterias quando as retira do carro para garantir que elas sejam boas o suficiente para serem reutilizadas? Como você agrupa as baterias de carros diferentes de uma maneira que você saiba que elas funcionarão bem e você não terá uma bateria muito mais fraca que as outras e diminuirá o desempenho do sistema? ”

Do lado econômico, também há perguntas: “Temos certeza de que resta valor suficiente nessas baterias para justificar o custo de retirá-las dos carros, colecioná-las, verificá-las e reembalá-las em um novo aplicativo? ” Para o caso modelado sob as condições locais da Califórnia, a resposta parece ser um sólido sim.

O estudo usou um modelo semi-empírico de degradação da bateria, treinado usando dados medidos, para prever a diminuição da capacidade dessas baterias de íons de lítio sob diferentes condições operacionais, e descobriu que as baterias poderiam atingir vida útil e valor máximos ao operar sob ciclos de carga e descarga relativamente suaves – nunca exceder 65% da carga total ou menos de 15%. Essa descoberta desafia algumas suposições anteriores de que o funcionamento inicial das baterias com capacidade máxima inicial proporcionaria mais valor.

“Conversei com pessoas que disseram que a melhor coisa a fazer é apenas trabalhar muito a bateria e carregar toda a sua receita”, diz Mathews. “Quando analisamos isso, simplesmente não fazia sentido”. Ficou claro pela análise que maximizar a vida útil das baterias proporcionaria os melhores retornos.

Quanto tempo elas vão durar?

Um fator desconhecido é quanto tempo as baterias podem continuar a funcionar de maneira útil nesta segunda aplicação. O estudo fez uma suposição conservadora de que as baterias seriam retiradas de seu serviço de backup de fazenda solar depois de terem caído para 70% de sua capacidade nominal, dos 80% iniciais (o momento em que foram retiradas do uso de veículos elétricos).

Mathews, diz que continuar operando com até 60% da capacidade ou menos ainda possa ser seguro e valer a pena. Estudos-piloto de longo prazo serão necessários para determinar isso, diz ele. Muitos fabricantes de veículos elétricos já estão começando a fazer esses estudos piloto.

“Essa é uma área inteira de pesquisa em si”, diz ele, “porque a bateria típica possui várias vias de degradação. Tentando descobrir o que acontece quando você passa para essa fase de degradação mais rápida, é uma área ativa de pesquisa”.

Em parte, a degradação é determinada pela maneira como as baterias são controladas. “Então, você pode realmente adaptar seus algoritmos de controle ao longo da vida útil do projeto, para realmente empurrar isso o mais longe possível”, diz ele. Essa é uma direção que a equipe seguirá em suas pesquisas em andamento, diz ele. “Acreditamos que essa poderia ser uma ótima aplicação para métodos de aprendizado de máquina, tentando descobrir o tipo de métodos inteligentes e análises preditivas que ajustam essas políticas de controle ao longo da vida do projeto”.

A economia real de tal projeto pode variar amplamente, dependendo das estruturas reguladoras e de taxas locais, explica ele. Por exemplo, algumas regras locais permitem que o custo dos sistemas de armazenamento seja incluído no custo geral de um novo suprimento de energia renovável, para fins de definição de tarifas, e outros não. A economia de tais sistemas será muito específica do local, mas o estudo de caso da Califórnia pretende ser um exemplo ilustrativo dos EUA.


“Muitos estados estão realmente começando a ver o benefício que o armazenamento pode oferecer”, diz Mathews. “E isso apenas mostra que eles deveriam ter um subsídio que de alguma forma incorpore baterias de segunda vida nesses regulamentos. Isso pode ser favorável para eles”.
Um relatório recente da McKinsey Corp. mostra que, à medida que a demanda por armazenamento de backup para projetos de energia renovável cresce entre agora e 2030, as baterias EV de segundo uso podem potencialmente atender a metade dessa demanda, diz Mathews. Algumas empresas de veículos elétricos, diz ele, incluindo a Rivian, fundada por um ex-aluno do MIT, já estão projetando suas baterias especificamente para tornar esse redirecionamento de fim de vida o mais fácil possível.

Mathews diz que “o argumento que expus no artigo foi que tecnicamente, economicamente … isso poderia funcionar”. Para a próxima etapa, ele diz: “Há muitas partes interessadas que precisam se envolver nisso: você precisa de um fabricante de VE, de uma bateria de íon de lítio, de um desenvolvedor de projetos solares, de eletrônicos de energia”. A intenção, ele diz, “era dizer: ‘Ei, vocês realmente devem sentar e realmente olhar para isso, porque achamos que poderia realmente funcionar'”.

A equipe de estudo incluiu os pós-doutorados Bolum Xu e Wei He, a estudante de MBA Vanessa Barreto e o cientista Ian Marius Peters. O trabalho foi apoiado pelo programa de pesquisa Horizonte 2020 da União Europeia, a Quantum Sustainable Solar Technologies (QESST) e a Singapore National Research Foundation por meio da Aliança Singapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia (SMART).