Inginerii japonezi au creat o nouă baterie cu densitate energetică record, cu care maşinile electrice ar deveni mai uşoare decât cele cu combustie

Sute de echipe de ingineri din întreaga lume sunt într-o constantă muncă de a dezvolta noi soluţii şi tehnologii de baterii pentru mobilitatea electrică, iar unul din criteriile principale ale progresului e densitatea energetică, raportată la kilogram, sau ce capacitate de stocare poate avea o baterie per kilogram de greutate. Inginerii japonezi de la Universitatea Naţională din Yokohama au creat o nouă baterie, care anunţă o densitate energetică record de 820 Wh/kg, depăşind recordul anterior de 750 Wh/kg.

În prezent, cele mai performanţe maşini electric au o densitate energetică între 160 Wh/kg şi 290 Wh/kg, deci o cifră de 820 Wh/kg ar reprezenta un salt uriaş, care ar permite fie uşurarea semnificativă a maşinilor electrice, fie asigurarea unei autonomii mult mai mari pentru multe din ele.

Spre exemplu, pentru a avea, la o densitate energetică 820 Wh/kg, o baterie de 70 kWh capacitate, cât au mult din maşinile electrice moderne eficient, ar însemna ca bateria să cântărească doar 85,4 kg, în loc de 350-440 kg din prezent. Asta ar însemna ca acea maşina ar deveni cu minim 270-350 kg mai uşoară, ceea ce i-ar reduce consumul şi i-ar mări autonomia pe care o poate asigura cu aceeaşi 70 kWh.

Şi această formulă e valabilă şi pentru maşinile mai mici, urbane, dar şi pentru cele mai mari, care ar putea să aibă şi baterii de 150 kWh pentru 1.000 km autonomie, ce ar cântări doar 183 kg, în de 700-800 kg din prezent. Cu o asemenea densitate energetică, maşinile electrice ar putea deveni deja mai uşoare decât cele cu combustie, întrucât cele 85 kg pe o baterie, cooptate cu 40-50 kg pe un motor electric cu tot cu reductor şi alte câteva zeci de kilograme pe sisteme de management al propulsiei şi al sistemelor de răcire ar fi deja mai uşoare decât motorul cu combustie şi cutia de viteze de pe o maşină tradiţională.

Noua baterie japoneză pune un mare accent pe mangan în compoziţia sa. Manganul e utilizat şi în prezent în bateriile obişnuite litiu-ion NMC, alături de cobalt şi nichel, însă noua baterie japoneză a exclus nichelul şi cobaltul şi a ajuns la o compoziţie de litiu şi dioxid de mangan, în final ajungându-se la formula LiMn2.

Din nou, nici această formulă nu e una absolut nouă, însă în cazul noii baterii, inginerii au studiat diverse variaţii de structură cristalină stratificată pe care ar putea-o produce în componenţa bateriei şi au ajuns la o structură numită monoclinică, ceea ce măreşte foarte mult performanţa şi stabilitatea bateriei, iar astfel se poate avansa foarte mult în densitatea energetică.

Mai mult ca atât, datorită acestei structuri cristaline şi a compoziţiei, bateria se comportă practic ca una cu stare solidă şi nu manifestă degradarea specifică celor litiu ion cu electrolit lichid. Mai mul ca atât, profesorul Naoaki Yabuuchi şi echipa sa spun că definitivarea structurii corecte şi dense a necesitat procese lungi de cercetare prin raze X şi urmăriri ale fluxului natural al electronilor, cu calcule matematic avansate, dar, odată creat tiparul general al acestor legături cristaline şi a modului în care le trebuie stratificate pentru densitatea energetică maximă, producţia în sine a bateriei va fi chiar mai ieftină decât a actualelor baterii ce conţin nichel sau cobalt. Deci, nu vorbim despre o nouă baterie elitistă, care să fie disponibilă doar ligii superioare de maşini, cu una care ar putea fi adoptată pe larg, conform echipei care a creat-o.

Elaborarea lor e susţinută de publicarea multiplelor rezultate ale testelor de laborator şi, întrucât vorbim de oameni de ştiinţă ce şi-au anunţat oficial realizarea, toate metodologiile au fost şi ele publicate, pentru a putea fi verificate de alte echipe şi eventual companii, iar în asemenea cazuri de obicei apar foarte repede fie invitaţiile unor companii de a pune în producţie în parteneriat cu ele asemenea elaborări, fie investitori care să ofere finanţarea necesară ca invenţia de acum să ajungă la producţia de serie printr-o nouă companie, deţinută de aceeaşi ingineri care au stat la baza invenţiei.

Cert e că japonezii accentuează foarte mult că noua lor baterie se potriveşte perfect maşinilor electrice, unde ar putea aduce un progres imens fără a ridica costurile de producţie, ba dimpotrivă, reducându-le semnificativ. Iar profesorul Naoaki Yabuuchi a fost în trecut curtat şi premiat de grupul VW pentru studii incipiente anterioare în domeniul bateriilor, deci e aproape sigur că acum tot cei de la VW vor fi printre primii care îl vor contacta.

Foto: Dr. Naoaki Yabuuchi, primind un premiu pentru studiul în „electro chimia” bateriilor în anul 2012, de la Hans Dieter Potsch, membru al consiliului directorilor al Volkswagen AG