A inovação em baterias oferece uma oportunidade de crescimento "incompreensível", à medida que a Pacific NW se torna uma empresa importante

A Joule Case, uma startup de Boise, Idaho, desenvolveu um sistema de bateria empilhável que os clientes podem adicionar e subtrair dependendo da quantidade de energia necessária e por quanto tempo. (Foto de Joule)

Quando fitas de fumaça começaram a se soltar das tomadas de energia da pilha Joule Case, Alex Livingston e James Wagoner tentaram manter a calma.

As câmeras estavam rodando. Os empresários estavam competindo no "All-American Makers", um reality show transmitido no Discovery Channel, na esperança de conseguir US $ 250.000 em capital de risco. Livingston corou.

A dupla se recuperou do acidente, que eles disseram ter sido causado pelos anfitriões que fizeram o produto antes do show, rapidamente consertando seu protótipo com peças da Home Depot. Em sua reforma no ar, o sistema de bateria reparado acionou com sucesso um frigobar e, ao mesmo tempo, acionou um SUV com uma bateria descarregada. Havia toca aqui por toda parte.

Embora a demo inicial com falha tenha sido um revés relativamente pequeno para a startup sediada em Idaho (eles não ganharam nenhum financiamento do confronto de TV de 2015), sua experiência inadvertidamente ilustrou uma verdade maior: construir uma bateria melhor é uma técnica difícil. desafio.

As baterias são amplamente reconhecidas como um ator crucial e de energia limpa na luta para evitar mudanças climáticas catastróficas. Eles precisam substituir motores movidos a petróleo em carros, caminhões, aviões e navios. As baterias são essenciais para as redes elétricas ficarem cada vez mais sem energia eólica e solar, garantindo que os elétrons continuem fluindo quando os ventos se acalmam e o sol se põe.

Em outubro, o Joule Case foi coroado Inovação do Ano no Estágio pelo Idaho Innovation Awards. Os co-fundadores James Wagoner, à esquerda, e Alex Livingston são premiados. (Foto do caso Joule)

"As baterias têm sido interessantes para nós porque são o gargalo" na transição para a energia limpa, disse Livingston. "Trata-se de substituição de combustível".

No entanto, o mundo ainda é fortemente dependente da ciência da bateria antiga, incluindo baterias de íon de lítio - uma tecnologia que foi desenvolvida pela primeira vez há meio século e comercializada pela Sony há quase 30 anos - para grande parte de seu armazenamento de energia. Isso inclui carros elétricos, telefones celulares, laptops e backup de energia solar. Três principais inventores da bateria de lítio, incluindo um químico de 97 anos da Universidade do Texas que ainda atua em pesquisas, receberam o Prêmio Nobel de Química no outono passado.

Mas depois de anos de melhorias incrementais, o cenário das baterias está passando por uma grande mudança. Os preços das baterias continuam caindo, caindo 87% na última década, com a expectativa de que o declínio continue, de acordo com especialistas. Existem grandes iniciativas novas nos EUA e um influxo de capital para impulsionar o setor em direção a baterias com melhor desempenho, bem como uma corrida pelo desenvolvimento de baterias pós-íon de lítio.

Somente o mercado de baterias de íon-lítio está avaliado em algo em torno de US $ 30 bilhões hoje, com previsões de que poderá subir quatro vezes na próxima década, de acordo com um relatório de dezembro da BloombergNEF.

Rick Luebbe, CEO e cofundador da Group14 Technologies. (Foto do grupo 14)

"É uma oportunidade impressionante de crescimento", disse Rick Luebbe, CEO e cofundador da Group14 Technologies, uma startup de baterias baseada em Woodinville, Washington. "Todo mundo quer um assento nessa mesa."

Iniciativas recentes relacionadas à bateria incluem:

• O Departamento de Energia dos EUA anunciou em janeiro um novo Grande Desafio de Armazenamento de Energia. A iniciativa usará fundos, prêmios e parcerias em pesquisa e desenvolvimento para tentar criar uma indústria doméstica de baterias até 2030. (A maioria das baterias de lítio é fabricada na China. A União Européia também está afirmando sua liderança com o lançamento em 2017 da European Battery Alliance).
• A Amazon e outras 10 empresas americanas anunciaram recentemente a criação da Corporate Electric Vehicle Alliance para apoiar a produção de veículos elétricos (EV); o esforço está sendo liderado pela Ceres, uma organização sem fins lucrativos de sustentabilidade.
• Rivian, fabricante de veículos elétricos, anunciou em dezembro uma rodada de financiamento de US $ 1,3 bilhão. A Amazon era investidora e anteriormente liderou uma rodada de US $ 700 milhões. A gigante da computação em nuvem e o varejista on-line de Seattle estão comprando 100.000 vans Rivian para sua frota de entregas.
• Breakthrough Energy Ventures, um fundo de inovação energética apoiado pelo co-fundador da Microsoft Bill Gates, CEO da Amazon Jeff Bezos e outros , liderou uma rodada de financiamento de US $ 30 milhões neste outono para a ESS, um fabricante de tecnologia de bateria de fluxo de ferro, com sede em Oregon, usado para armazenamento de energia da rede.

As baterias são complicadas. Eles precisam conciliar a priorização de vários atributos, muitos dos quais conflitam entre si. Dependendo de como serão usadas, as baterias são um ato de equilíbrio de tamanho, peso, preço, segurança, potência, vida útil antes da recarga, tempo necessário para recarregar e a “vida útil do ciclo” ou capacidade de recarregar muitas vezes sem uma diminuição no desempenho.

Acrescente a isso os custos humanos e ambientais preocupantes da mineração de muitos dos elementos usados ​​para fabricar as baterias. Isso inclui lítio da Austrália, Argentina e Chile, cobalto do Congo, grafite da China, níquel da Indonésia e manganês do Gabão. Um dos principais objetivos do Grande Desafio de Armazenamento de Energia é desenvolver uma cadeia de suprimentos doméstica de matérias-primas.

Melhores baterias do noroeste

Enquanto as nações disputam o domínio, o Noroeste do Pacífico também tenta se posicionar como um dos principais players no setor de baterias.

"O Noroeste é, por várias razões, o lugar perfeito para ser o centro de excelência em tecnologia de baterias no mundo", disse Luebbe.

"O estado de Washington está em uma situação única", concordou Vince Sprenkle, gerente do grupo técnico do Pacific Northwest National Laboratories do Grupo de Materiais e Sistemas Eletroquímicos.

Além de instituições de pesquisa, incluindo o PNNL, a Universidade de Washington e a Universidade Estadual de Washington, a região é um centro de inovação tecnológica de longa data com um ecossistema de inicialização robusto. É o lar de algumas das empresas mais valiosas do mundo, incluindo Amazon e Microsoft, que desejam novas opções de energia limpa, a fim de cumprir suas metas de mudança climática.

Vince Sprenkle, à esquerda, gerente do grupo técnico do Grupo de Materiais e Sistemas Eletroquímicos no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico. (Foto PNNL / Nick Hennen)

Sediado no centro de Washington, o PNNL lidera o Battery500, um consórcio patrocinado pelo DOE que está desenvolvendo baterias de metal-lítio e de maior energia. O objetivo é criar uma bateria com uma energia específica de 500 watts-hora por quilograma - cerca de duas vezes mais suco do que as baterias EV atuais. Após três anos de um programa de cinco anos, o Battery500 atingiu 350-400 watts-hora por quilograma e está trabalhando para melhorar a capacidade de recarga da bateria, que é essencialmente sua vida útil.

"Esperamos que a tecnologia que mostramos em dois anos esteja pronta nesse ponto para começar a atrair interesse comercial", disse Sprenkle. O papel do PNNL é desenvolver e provar uma tecnologia que outras pessoas licenciem e levem ao mercado.

O PNNL também foi escolhido pelo DOE no ano passado para uma nova instalação nacional de pesquisa de energia da rede, chamada Grid Storage Launch Pad. Além disso, o PNNL é um parceiro do Centro Conjunto de Pesquisa em Armazenamento de Energia. Cerca de 70 pesquisadores do PNNL trabalham com ciência da bateria.

No lado oeste das Montanhas Cascade, a UW faz parte do projeto Battery500 e seu Instituto de Energia Limpa é o lar dos Bancos de Teste de Energia Limpa, que permitem que pesquisadores e startups fabricem e testem baterias e simulem redes de energia. >

Joule Case começa a brilhar

Joule Case está entre as empresas com um espaço de trabalho conjunto nas instalações da UW. Nos anos que se seguiram à sua auspiciosa estréia na TV, a startup colocou um pouco de brilho em sua linha de produtos e está chamando a atenção dos investidores.

A empresa arrecadou quase US $ 1 milhão de investidores anjos e em breve lançará uma rodada de financiamento da Série A. Em outubro, o Joule Case foi coroado Inovação do Ano no Estágio pelo Idaho Innovation Awards. A Joule Case constrói suas pilhas em Boise, Idaho, e passou de três funcionários para 12 no ano passado.

"Temos um bom crescimento e as vendas aumentaram", disse Livingston.

A inovação de Joule Case não é alterar a química das baterias (seus produtos usam baterias de íon de lítio e ácido-chumbo, que são do tipo usado em carros convencionais).

Em vez disso, eles criaram um sistema de bateria empilhável que os clientes podem adicionar e subtrair, dependendo da quantidade de energia necessária e por quanto tempo. Acontece que as baterias não tocam muito bem umas com as outras, então a startup desenvolveu uma tecnologia que as faz trabalhar em conjunto e oferece aos usuários a capacidade de ajustar a produção de energia.

Os módulos de bateria podem substituir geradores a gasolina que fornecem energia de reserva quando a eletricidade falha, ou em acampamentos e eventos de utilização não autorizada. A Joule Case tem feito marketing para organizadores de maratonas, eventos de angariação de fundos e feiras internas, com o objetivo de 2020 de se inscrever e impulsionar um festival de música.

Sua visão para o futuro inclui baterias que alimentam caminhões de alimentos e energizam itens do cotidiano, como cortadores de grama, sopradores de folhas e batedores de ervas daninhas, substituindo os motores a gás que acionam o escapamento.

A queda no preço das baterias é uma grande ajuda para a viabilidade da Joule Case. Seus produtos têm preços competitivos em comparação aos geradores de inversores de última geração de marcas como Honda e Yamaha, dizem os co-fundadores.

"O que realmente esperamos fazer", disse Livingston, "é tornar-se a transição dos combustíveis fósseis".

A eletrificação leva ao céu e ao mar

Embora haja muita atenção dada às baterias que alimentam carros, caminhões e redes de energia limpa, o Noroeste tem um foco exclusivo nas aplicações de baterias marítimas e de aviação.

Holly Brunner, estudante de graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais da UW, vestindo equipamento de proteção antes de entrar nas instalações do Washington Clean Energy Testbeds. (Foto GeekWire / Lisa Stiffler)

Em dezembro, a MagniX, uma empresa de propulsão elétrica em Redmond, Washington, fez uma parceria com a Harbor Air, com sede em Vancouver, B.C., para fazer um voo de teste de um hidroavião totalmente elétrico sobre o rio Fraser. A parceria está lançando seu avião elétrico - um Havilland Beaver convertido - como o "primeiro avião comercial elétrico do mundo". As empresas planejam que o avião seja certificado pelo governo até o final do próximo ano.

Apesar do fato de que outra empresa de aviação elétrica local, a Zunum Aero, reduziu sua força de trabalho no último verão, o setor ainda está forte.

"A região está na vanguarda do que uma aeronave elétrica voadora precisa de uma bateria", disse Dan Schwartz, diretor do Instituto de Energia Limpa da UW.

Em janeiro, Washington lançou seu primeiro acelerador de inicialização marítima, que inclui duas empresas que trabalham com baterias. No ano passado, o estado anunciou planos para construir as maiores balsas portadoras de carros híbridas do mundo.

Outras startups do Noroeste estão lidando com as funções da bateria, incluindo aumentar o desempenho do lado negativo ou do ânodo de uma célula da bateria, além de trabalhar com novas químicas.

O Group14 está usando nanotecnologia para criar ânodos de carbono e silício para melhorar a energia e a longevidade da bateria, com foco nas aplicações de EV. O Grupo 14 saiu do EnerG2, que em si foi um spin-off da UW que Luebbe também co-fundou. Em novembro, o Grupo 14 anunciou uma rodada de financiamento de US $ 18 milhões.

Aqui estão algumas das outras startups locais no setor:

• BrightVolt, Redmond, Wash .: criador de baterias ultra-finas, de estado sólido, de polímero de lítio. A empresa levantou US $ 20 milhões em financiamento.
• Ecellix, Seattle: Comercializando um produto chamado eCell, que é um material ânodo de alta capacidade para a próxima geração de baterias de íons de lítio que foi desenvolvido na WSU.
• Energsoft, Seattle: Trazendo o software de análise preditiva de dados inventado na WSU para o setor de baterias; competiram no GeekWire Summit 2018.
• Lavle, Burlington, Washington: um parceiro da empresa japonesa de tecnologia 3DOM, desenvolvendo e fornecendo baterias para usos, incluindo defesa, petróleo e gás, energia renovável, transporte ferroviário e marítimo. Os tipos de bateria incluem ânodo de metal de lítio e eletrólito sólido.
• Pebblebee, Bellevue, Washington: vendendo um dispositivo de localização alimentado por uma bateria recarregável.
• Powerit, Seattle: criando tecnologia para recarregar células baterias de telefone usando um carregador portátil alimentado a zinco-ar.
• Pure Watercraft, Seattle: desenvolvendo motores elétricos de barcos externos.
• Sterling PBES Energy Solution (SPBES), Vancouver, BC: Desenvolvimento baterias de íon de lítio de alta potência para hibridar ou eletrificar equipamentos industriais pesados, com foco na indústria marítima comercial.
• Tecnologias UniEnergy (UET), Mukilteo, Washington: Lançado por engenheiros do PNNL que deixaram e licenciaram a tecnologia eles desenvolveram. O UET fornece armazenamento de energia em escala de megawatt para aplicações comerciais, industriais, de microrrede e de serviços públicos.

À medida que a lista continua crescendo, os profissionais esperam alcançar uma massa crítica de conhecimentos para criar uma comunidade robusta de know-how e startups de baterias.

“Isso absolutamente importa. Existe um ecossistema no noroeste, mas a maioria das pessoas no ecossistema espera que fique maior e mais integrado ”, disse Luebbe. Ele fez uma comparação com o setor de tecnologia que evoluiu ao longo de décadas no Vale do Silício.

"Esse é um exemplo de como uma massa crítica pode acelerar uma indústria", disse ele. Quando se trata de baterias, "ainda temos um longo caminho a percorrer para chegar a essa escala".

Via: Geek Wire