O echipă de ingineri din Germania a dezvoltat o nouă baterie, cu o durată de viaţă de 10 ori mai mare decât cea litiu-ion, care operează la -40 grade Celsius

O echipă de ingineri din Germania — condusă de Prof. Dr. Günther Hambitzer, Dr. Sebastian Heinz şi Dr. Thomas Lützenrath — au anunţat că au reuşit să dezvolte un nou tip de baterie, care marchează un adevărat „salt cuantic” faţă de bateriile litiu-ion actuale, după cum pretind inginerii. Mai mult ca atât, nu vorbim doar despre o etapă a descoperirilor iniţiale, ci despre o tehnologie pe care cei 3 şi asistenţii lor au dezvoltat-o încă în 2018 şi de atunci până azi au făcut teste, măsurări şi perfecţionări, iar între timp au obţinut şi patentările aferente acestei invenţii a lor. Să vedem în constă marele salt al noii baterii.

În primul rând, vorbind de o baterie cu stare solidă, asta înseamnă că electrolitul, stratul separator între anodul şi catodul unei baterii, nu este un lichid sau un gel, ci un material în stare solidă. Bateriile cu stare solidă încă sunt puţine la număr în lume, dar ele există deja ca tip de baterie, fiind instalate de exemplu, şi pe un autobuz electric Mercedes e-Citaro. Iar anul trecut publicam un articol detaliat despre bateriile ASSB, sau all solid state batteries, dezvoltate de compania QuantumScop, baterii care aveau doar substanţe solide în componenţa lor şi un separator ceramic. Ei bine, cei trei ingineri germani, având tehnologia patentată, au format compania HPB, sau High Performance Battery, cu sediul la Bonn şi spun că bateria lor este efectiv prima baterie cu stare solidă din lume de serie, cu performanţe superioare faţă de litiu-ion la toate capitolele — impact de mediu, densitate energetică, rezilienţă la fast-charge, putere, cost de producţie, ba chiar şi capacitate de operare la temperaturi mici şi durată de viaţă!

Foto: Dr. Sebastian Heinz (stânga), Dr. Thomas Lützenrath (mijloc), Prof. Dr.Günther Hambitzer (dreapta, inventatorul iniţiator

Cei trei spun că bateriile litiu-ion actuale îşi păstrează calităţile bune pe o durată de doar 1.250 cicluri de încărcare şi descărcare fast charge. Aici cifra poate un fi un pic jonglată, or, există baterii litiu-ion şi cu 3.000 cicluri de încărcare promise, dar mai depinde ce înţelegem prin păstrarea calităţilor bune, până la ce nivel de degradare stabilim acea marjă, de 85, 90 sau 95%, de exemplu. Cifra de 3.000 poate părea oricum mică pentru mulţi dintre noi, de asta în multe aplicaţii mari, precum centralele de baterii, se folosesc baterii LFP, care au până la 12.000 cicluri de încărcare în prezent, cel puţin cele produse de Tesla şi Rimac.

Foto: Construcţia uzuală a bateriilor litiu-ion

Ceea ce spun inginerii germani, însă, e că noua lor baterie va avea o durată de viaţă de 10 ori mai lungă la aceeaşi parametri de măsurare — putere de încărcare fast charge, şi la aceeaşi limită de degradare, ajungând la 12.500 cicluri garantate. Cifra de 12.500 e garantată pe baza bateriilor de test pe care inginerii le testează din 2018 încoace, timp de 5 ani, în încărcări şi descărcări constante. Aceştia spun că bateriile lor practic nu manifestă degradare după aceste 12.500 cicluri de descărcare, prin urmare durata reală de viaţă va fi şi mai lungă, iar cifra menţionată acum va creşte. De fapt, calculele lor teoretice, din documentele de patentă, depuse în 2018, pe care le-am analizat în documentarea pentru acest articol, indicau calcule teoretice pentru o durată de viaţă de 100.000 cicluri! Dacă bateriile astea vor demonstra măcar 1/3 din acest deziderat, vor fi cu adevărat revoluţionare!

Electrolitul solid al bateriei nu e inflamabil şi astfel bateria germanilor ar risc semnificativ mai mic de explozii şi incendii. Mai mult ca atât, noua baterie nu conţine deloc cobalt în ea, iar astfel scapă de folosirea unui minereu rar, scump, şi controversat în componenţa sa, impactul la mineritul acesteia fiind unul din cele mai mare din componenţa bateriilor actuale. Germanii spun că impactul de mediu al noii baterii va fi cu 50% mai mic decât al uneia litiu-ion.

Foto: Mină cobalt

Şi mai surprinzător e că inginerii germani anunţă că noua lor baterie operează cu o conductivitate practic neschimbată până la -40 grade Celsius! Deci, chiar şi o baterie care a ajuns la -40, poate asigura aceeaşi putere de descărcare şi încărcare, fără nevoia de a avea un sistem care s-o încălzească! Din nou, aceştia zic că au testat toate aceste declaraţii pe care le fac acum, inclusiv prin teste independente contractate la părţi terţe, şi totul e confirmat în viaţa reală, or, ei vorbesc deja despre un capitol în care sunt gata să pună în producţia de serie această baterie.

Şi se pare că nici căldura toridă nu va fi o problemă pentru noua baterie, întrucât aceleaşi teste arată păstrarea calităţilor de conductivitate până la +60 grade Celsius! Deci, avem un diapazon de 100 grade Celsius în care noua baterie poate opera fără nevoia de management termic! Practic, asta ar însemna că vreo 90% din maşinile sau aplicaţiile industriale care ar folosi o asemenea baterie nu vor trebui să consume energie pentru managementul ei termic.

Cei trei ingineri spun că metodele de producţie sunt chiar mai simple decât la bateriile litiu-ion actuale, pentru că materialele sunt mai uzuale, iar o parte din baterie e turnată în formă lichidă în etapa de producţie, după care ia formă solidă. În comunicatul de acum al germanilor nu se menţionează exact compoziţia bateriei, dar, din câte am putut extrage din descriere de volum imens din documentele de patentă, ar fi vorba de tetraclorură de aluminiu şi litiu — LiAlCl4, tratată cu dioxid de sulf în etapa de producţie. În aceleaşi documente de patentă se explică şi cum e posibil un număr atât de mare de cicluri de încărcare şi descărcare. La bateriile litiu-ion ciclul limitat e cauzat de efetul depunerii unor ion de litiu pe porii electrolitului, în timp, formând dendrite, care scad conductivitatea. Aici cercetătorii spun că dendritele formate se desprind ulterior înapoi când ionii trec în direcţie inversă, practic fără ca aceştia să mai rămână şi astfel se evită pierderea conductivităţii în timp.

Foto: Aşa arată formarea dendritelor în electroliţi la bateriile litiu-ion obişnuite

Când şi cine va pune în producţie noul tip de baterii? Elveţienii au fost cei mai rapizi în a-i contracta pe cei trei ingineri şi cei trei spun că în Elveţia deja acum se autorizează planurile pentru construcţia unei fabrici imense de baterii, de tip Gigafactory, care va produce aceste baterii. Cerere pentru ele există imensă, mai ales dacă în scurt timp după startul producţie toţi aceşti parametri se vor confirma. Dar, dacă cei din Elveţia au şi contractat tehnologia şi au şi demarat investiţiile pentru construcţia unei Gigafactory, înseamnă că toate aceste lucruri au trecut printr-un filtru riguros de verificări şi validări.

Şi asta înseamnă că în următorii ani ne aşteaptă un salt imens în lumea bateriilor! Durată de viaţă de 10 ori mai mare şi poate chiar mai mult! Încărcări fast-charge nelimitat, pentru că nu afectează durata de viaţă. Fără cobalt! Şi cu funcţionare fără pierderi de la -40 la +60 grade Celsius! E într-adevăr un salt cuantic în parametri!