O echipă de ingineri din SUA au creat tehnologia pentru baterii din plastic, fără litiu şi alte minereuri

Trăim cu toţii într-o epocă în care maşinile electrice au luat un avânt imens în popularitate, iar bateriile acestora sunt tot mai mari, pentru că toţi îşi doresc o autonomie mai mare. Bateriile litiu ion sunt cele mai folosite în prezent, iar acestea sunt tot mai solicitate şi pentru camioane electrice, autobuze sau nave şi avioane. Dar compoziţia lor ridică îngrijorare privind capacitatea industriei de a face faţă unei cereri crescând de producţie a bateriilor.

Problema e anume în mineralele din compoziţia bateriilor, precum litiul, cobaltul sau magneziul. Acestea trebuie extrase din pământ, procesul de extracţie e adeseori cu impact ecologic şi uman grav, iar resursele sunt limitate, până la urmă. Tocmai de asta, chiar dacă preţul bateriilor litiu-ion a scăzut considerabil în ultimii ani, preţul litiului ca materie primă a crescut în ultimul timp, pe fundalul cererii mari şi capacităţii limitate. Tocmai de aceea, grijile despre stabilitatea producţie de baterii de nivel global sunt motivate iar semnale de atenţionare vin de la cele mai mari companii din industrie, precum Bosch, acum câteva zile.

Foto: Aşa arată extracţia litiului în Chile

În ultimul an, am vorbit mai des despre tehnologii noi, alternative, de baterii, dar majoritatea dintre ele căutau să modifice mai degrabă structura electrolitului dintre anod şi catod, decât structura propriu-zisă a anodului sau catodului. Acum, o echipă de ingineri din Massachusetts, SUA, a dezvoltat o tehnologie a unei baterii din plastic, unde plasticul înlocuieşte mineralele din electrozi.

Astfel, bateria e formată din polimeri conductori. Aparent, ştim cu toţii că plasticul nu e conductor de electricitate, dar încă în anul 2000 un grup de 3 cercetători — Heeger, MacDiarmid şi Shirakawa — au primit premium Nobel pentru descoperirea unei formule de polimer care poate deveni un bun conductor. Practic, atomii de carbon alternează legături simple şi duble între el, astfel încât particulele de hidrogen pot călători şi se asocia mai multor atomi. Anume această capacitate a electronilor de a migra permite crearea efectului de a încărca şi descărca o baterie.

Construcţia propriu-zisă a noii baterii e relativ apropiată de cele cunoscute până acum — existând un catod, un anod şi un electrolit de separare, iar electronii circulă dintr-o parte în alta în procesul de descărcare şi încărcare. La încărcare, stocarea energie are loc printr-un proces de oxidare, iar la descărcare, are loc un proces de reducere, numindu-le în termeni chimici. Noua baterie poartă numele de Polyjoule, iar echipa care a dezvoltat-o numără 12 ingineri, majoritatea din ei cu studii la MIT, iar unii chiar fiind colaboratori activi ai universităţii din Massachusetts.

Astfel, componenţa finală a bateriei noi nu conţine deloc litiu, cobalt sau magneziu — prin urmare elimină complet necesitatea minereurilor extrase din pământ. Ea foloseşte un hibrid de grafit, ce poate fi sintetizat de aceeaşi industrie chimică. Astfel, dacă aceste baterii nu conţin litiu, nu sunt la fel de inflamabile şi sunt mai puţin susceptibile supraîncălzirii, necesitând mai puţin management termic. Testele arată că aceste baterii rămân mult mai stabile şi la temperaturi foarte joase.

Costul de vânzare al unor baterii construite pe noua tehnologie, la nivel industrial, ar fi de 65 dolari per kWh, în timp ce costul actual al bateriilor litiu-ion oscilează în jurul a 150-250 dolari per kWh, în funcţie de densitatea energetică. De asemenea, dacă durata de viaţă a bateriilor litiu-ion moderne este de 15-20 de ani, bateriile cu polimeri conductori ar avea o durată de viaţă de 20-30 de ani, cu o degradare mult mai mică în timp. Iar pe lângă asta, bateriile pot fi produse din plastic reciclat, şi totodată până la 95% din compoziţia lor finală poate fi ulterior reciclată.

Dar, poate cea mai atractivă calitate a noilor baterii este fluxul energetic pe care-l pot accepta la încărcare sau eliberare. De multe ori spunem că la maşinile electrice nu puterea mai mare a electromotoarelor e problema, ci capacitatea bateriilor de asigura un flux constant de energie către acele electromotoare. O asemenea baterie de plastic se poate descărca cu 1 MWh timp de 10 secunde, ceea ce constituie un flux enorm de energie, cu mult peste orice baterie litiu-ion. Iar încărcarea ulterioară a aceleiaşi baterii ar avea loc în mai puţin de 5 minute. Asta ar însemna capacităţi de încărcare de 6-7 ori mai rapide decât cele mai performante baterii actuale!

Astfel, dacă totul sună atât de bine şi încurajator, există şi piedici sau aspecte mai puţin favorabile ale noii tehnologii? Da, există, iar cea mai greu de acceptat deocamdată e volumul mai mare pe care îl au aceste baterii comparabil cu cele litiu-tion. O baterie de 100 kWh din plastic ar trebui să fie de aproape 5 ori mai mare decât una litiu-ion. Nu neapărat mai grea în kilograme, dar mai mare în volum cu siguranţă.

Asta le face deocamdată greu de acceptat pentru maşini electrice, spre exemplu. Dar în multe alte aplicaţii, precum bateriile din sisteme casnice (gen Tesla Powerwall), sau bateriile unor edificii importante guvernamentale sau medicale, sau chiar în bateriile imense ale unor sisteme energetice, pentru stabilizarea tensiunii în reţea, acestea ar putea fi mult mai uşor de asimilat, mai ale că au preţ considerabil mai mic, promit o durată de viaţă mai mare şi nu conţin minereuri rare în compoziţia lor, ba dimpotrivă, pot utiliza plasticul actual pentru a-l recicla. Până la urmă, chiar dacă acestea vor exista alături de bateriile litiu-ion, vor ajuta la stabilizarea cererii pentru litiu-ion şi vor fi o soluţie complementară pentru alte tehnologii existente.