Chimistul român Mircea Dincă de la Universitatea Princeton şi echipa sa au creat o baterie sodiu-ion cu densitate energetică record, care nu are nevoie de litiu

Bateriile litiu-ion au adus un progres colosal în lumea noastră. Au asigurat un salt imens în densitatea energetică şi în densitatea de putere pe care o pot oferi, făcând astfel posibilă utilizarea viabilă a bateriilor într-o mulţime de aplicaţii pe care le considerăm fireşti azi, de la maşini electrice la dispozitive electronice şi centrale de baterii. În forma lor cea mai răspândită, litiul e combinat cu nichel, mangan şi cobalt, toate fiind materiale relativ rare în lume. În ultimii ani, bateriile LFP şi-au asigurat o evoluţie majoră, iar acestea nu mai folosesc nichelul, manganul şi cobaltul, înlocuindu-le cu fosfatul de fier, însă folosesc în continuare litiu. În ultimii s-au descoperit mai multe zăcăminte majore de litiu, dar acesta e oricum concentrat în anumite zone ale planetei, iar sute de echipe de chimişti şi fizicieni din întreaga lume încearcă să dezvolte şi baterii cu soluţii ce n-ar avea nevoie nici de litiu. Aici bateriile sodiu-ion par cea mai viabilă soluţie, întrucât se bazează efectiv pe sare, cea care e prezentă din abundenţă aproape peste tot în lume. Unele din ele mai conţin mangan, aproape toate conţin şi fier, dar şi fierul e un material răspândit. Marea provocare a acestor baterii, însă, e densitatea energetică mult mai mică decât cele cu litiu-ion. Însă acum o echipă de chimişti şi fizicieni condusă de profesorul chimist Mircea Dincă de la Universitatea Princeton au găsit soluţia genială pentru a putea crea o baterie sodiu-ion cu o densitate energetică record.

Aşadar, densitatea energetică gravimetrică e marea problemă a acestor baterii — cu alte cuvinte, ca să aibă capacitate suficientă de stocare, ele ajung a fi grele. Prima baterie sodiu-ion care se apropia de performanţele medii ale unei baterii litiu-ion a fost anunţată în noiembrie 2023 de Northvolt, şi ea avea 160 Wh/kg, fiind şi cu stare solidă. Era foarte promiţătoare, întrucât nici ea nu conţinea materiale rare, dar ştim cu toţii problemele imense prin care a ajuns apoi să treacă Northvolt şi compania europeană încă se mai zbate în mrejele falimentului diviziilor sale, încercând să supravieţuiască, Deci, această baterie are şanse mici de a ajunge prea curând în producţie.

În mai 2024 o echipă din SUA anunţase o baterie sodiu-ion mai performantă de atât la capitolul puterii mari de descărcare raportată la capacitatea proprie, care ajungea până la 40C — adică o baterie de 100 kWh poate livra 4 MW putere. Echipa, încadrată în start-up-ul Natron Energy, spunea că demarează şi producţia de serie limitată a acestei baterii.

În decembrie 2024, o altă echipă de cercetători bazată la Universitatea Houston din SUA anunţa o nouă baterie sodiu-ion, care ajunge la o densitate energetică admirabilă de 458 Wh/kg. Problema acestei baterii e în faptul că ea conţine vanadiu, un material care e mult mai rar decât litiu, chiar dacă pentru o baterie de acest tipă sunt necesare cantităţi mici. În lume se extrag anual doar 100.000 tone de vanadiu, deci scalarea ei pentru milioane de maşini ar fi un pic mai dificilă.

Acum, chimistul român Mircea Dincă, tot el şi profesor la Universitatea Princeton, cu multiple distincţii în cariera sa, a condus o echipă internaţională de chimişti şi fizicieni originari din China, India şi Coreea de Sud, într-o cercetare pe termen lung a bateriilor sodiu-ion, sub egida celor de la Princeton şi MIT, finanţată de producătorul italian Lamborghini. Cercetătorii din echipa lui Mircea Dincă sunt Tianyang Chen, Jiande Wang, Bowen Tan, Kimberly Zhang, Harish Banda, Yugang Zhang şi Dong-Ha Kim, unii dintre ei fiind deja încadraţi în companii inovative de producţie a bateriilor şi fiecare având deja reputaţie excelentă în acest domeniu.

Foto: Tianyang Chen, unul din cercetătorii din echipă

Românul Mircea Dincă e originar din Făgăraş şi e cel care câştiga olimpiade la chimie şi premii încă din 1998, când studia la Colegiul Naţional Radu Negru din Făgăraş. Şi-a făcut apoi studiile la Universitatea Princeton şi apoi a Universitatea Berkeley, şi cea mai mare parte a carierei sale a fost profesor la Universitatea MIT, până în ianuarie 2025. Din ianuarie e profesor la Princeton, iar în toată această perioadă a fost implicat într-un număr mare de studii practice şi cercetări, fiind şi cofondator al două start-up-uri.

Foto: Mircea Dincă, chimistul originar din România, conducătorul echipei de cercetători

Menţionăm toată această biografie a lui Mircea Dincă pentru a înţelege că vorbim despre o echipă cu experienţă excepţional de mare şi pentru a conştientiza că acei tineri care la o vârstă fragedă câştigă medalii la olimpiade pot ajunge să aducă beneficii imense în lumea mare, dacă au oportunităţile potrivite ulterior şi dacă muncesc la fel de mult. Iar acum hai să vedem ce e atât de revoluţionar în nou baterie anunţată de Mircea Dincă şi echipa sa.

În primul rând, bateria e sodiu-ion, ceea ce înseamnă că mizează în mod similar pe sare drept compus de bază. Doar că marea provocare a fost găsirea unei soluţii care să permită creşterea substanţială a densităţii energetice.

Echipa lui Dincă a tot testat şi perfecţionat soluţia lor pentru mai bine de un an, ajungând în final la un catod creat dintr-o structură organică solidă stratificată, dintr-un material numit bis-tetraaminobenzochinonă, abreviată drept TAQ. Sună ca un compus foarte sofistic, dar elementele care îl formează sunt carbonul, hidrogenul, azotul şi oxigenul — deci nu există vreun element rar, care ar face dificilă producţia. Dimpotrivă, Dincă şi echipa sa spun că au ţinut cont pe tot parcursul dezvoltării noi bateriei de scalarea sa industrială în producţia la scară largă şi toate datele pe care le prezintă acum sunt aplicabile la producţia în fabrici, pe linii de asamblare de mare capacitate.

Foto: Compoziţia bateriei elaborate de echipa lui Mircea Dincă

Dincă spune că noua baterie poate fi aplicată cu succes în maşini electrice, dar şi în centrale de baterii sau orice alte aplicaţii. Cel mai important parametru pe care echipa l-a ţintit şi l-a atins cu succes e densitatea energetică record pentru bateriile sodiu-ion, care e de 606 Wh/kg!

La 606 Wh/kg, o baterie de 70 kWh de pe o maşină electrică modernă ar cântări doar 115,5 kg, la care s-ar mai adăuga vreo 20-35 kg pentru carcasa bateriei. Deci toată bateria ar cântări vreo 150 kg, în loc de 450-550 kg actuale! Deci o maşină electrică ce ar face uz de o asemenea baterie ar fi simţitor mai uşoară şi ar avea şi autonomie mai mare datorită faptului că are de propulsat o greutate proprie mai mică. Iar pe lângă asta această baterie nu are nevoie de litiu, cobalt, sau alte materiale rare!

Noua baterie sodiu-ion dezvoltată de echipa condusă de chimistul român are şi o capacitate formidabil de bună în puterea de descărcare pe care o poate asigurarea, ea fiind de 31,6 kW/kg. La 606 Wh per kg densitate, această capacitate de 0,606 kWh poate asigura o putere de 31,6 kW, ceea ce corespunde unei puteri maxime de 52C! Asta înseamnă că o baterie de 70 kWh capacitate ar putea susţine un sistem de propulsie de până la 3.640 kW, sau 4.950 CP! Dacă măcar o treime din această putere de descărcare va fi asigurată şi la încărcare, o asemenea baterie ar putea accepta o putere de 1,2 MW. Asta ar însemna efectiv o încărcare în timp de 3-4 minute cu tot cu scăderea curbei de încărcare spre sfârşit.

Mircea Dincă spune că parametrii bateriei pe care a reuşit să o dezvolte echipa sa se apropie de maximul teoretic calculat de chimişti şi fizicieni pentru aceste baterii. Deci, s-a ajuns practic la apogeu teoretic al acest compoziţii.

Ce se va întâmpla cu această baterie? Ei bine, toţi membrii echipei au suficientă conexiune cu mediul start-up-urilor pentru a o transpune în realitate şi a aduce o schimbare enormă, pentru că vorbim de oameni cu experienţă enormă şi teoretică, şi în lumea reală. Iar Lamborghini, odată ce a finanţat această cercetare, ar putea fi primul ca să beneficieze de tehnologie, or, anume acolo ar fi interesanţi asemenea parametrii de mii de cai-putere susţinuţi de o baterie de doar 150 kg!

E unul din acele momente cât munca unor oameni merită celebrată şi apreciată, iar faptul că toate astea s-au produs sub egida unui chimist român, ajuns profesor la Princeton, cu o biografie atât de frumoasă încă de la început, ar trebui să ne facă pe toţi să apreciem şi să susţinem mai mult tinerii ăia care au pricepere şi merg la olimpiade, aducând premii şi recunoştinţă de acolo. Pentru că susţinerea şi oferite lor la acea vârstă crucială aduce ulterior beneficii şi progres pentru întreaga umanitate.

Foto: Colegiul Naţional Radu Negru din Făgăraş, România