Chinezii anunţă crearea unei noi baterii pe bază de litiu şi hidrogen, cu randament şi densitate energetică record de aproape 3 kWh per kilogram

Inginerii chinezi de la Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie din China (USTC) au anunţat crearea unei noi baterii pe bază de litiu şi hidrogen, cu o densitate energetică fenomenală, care ajunge până la aproape 3 kWh/kg şi ar face bateriile maşinilor electrice de multe ori mai uşoare decât sunt azi, ba chiar ar putea deschide calea folosirii pe larg a bateriilor în aviaţie şi transporturile maritime.

Noua baterie foloseşte hidrogenul gazos drept anod, în timp ce electrolitul e unul solid. Deci, din perspectiva electrolitului, noua baterie ar putea fi numită una cu stare solidă, dar, odată ce ea conţine şi hidrogen gazos categoria nu i se potriveşte complet.

Până acum, au mai existat încercări de a folosi hidrogenul în baterii, însă intervalul de voltaj şi capacitate de stocare a acestor baterii erau limitate. Acum chinezii au venit cu ideea de a combina litiul pe partea de anod şi reacţiile de reduce a hidrogenului pe partea de catod. Mai mult ca atât, inginerii chinezi au creat şi o baterie litiu-hidrogen, numită Li-H, fără anod, unde au experimentat şi litiul pur, dar şi sarea de litiu în combinaţia acesteia, iar rezultatele sunt anunţate drept formidabile.

Foto: Structura noii baterii la nivel microscopic, în stare încărcată

Combinaţia cu litiu purificat, combinat cu hidrogen, a indicat un randament de 99,7%, deci la 100 kWh puşi în baterie, ea a furniza înapoi 99,7 kWh, pierzând doar 0,3%. E un indicator mult mai mare decât bateriile litiu-ion actuale, care deschide o cale imensă spre bateriile pentru centralele mari de reţea, care au în prezent un randament de maxim 90-93%. O creştere de la 90% la 99,7% ar însemna un progres imens în randament şi o reducere la un minim absolut a pierderilor de energie în reţea.

Combinaţia cu sare de litiu, care e mai ieftină ca materie primă a indicat un randament de 98,5%, ceea e uşor mai puţin faţă de litiul curat, dar e oricum semnificativ mai mult decât randamentul actualelor baterii.

Foto: Sare de litiu

Ciclul de încărcare şi descărcare presupune cicluri interne de reacţii chimice în baterii, deci nu vorbim de producţia de hidrogen prin electroliză, sau alte metode de creare a hidrogenului, asociate de obicei cu un randament mic. Aici e nevoie de o cantitate primară de hidrogen pusă în aceste baterii în momentul producerii lor, după care ele sunt etanşate şi acelaşi hidrogen e reutilizat în fiecare noi ciclu. Ir inginerii chinezi spun că au ajuns în prezent la circa 800 de cicluri în testele lor şi nu observă degradări vizibile, ba dimpotrivă, observă o polarizare mai accentuată a bateriei în timp.

Bateria poate opera fără pierderi vizibile din capacitate între -20 grade Celsius şi +80 grade, fiind foarte stabilă în medii fierbinţi. În condiţii de ger, bateria poate opera şi la temperaturi mai reci de -20 grade, chiar şi până la -80 grade Celsius, dar capacitatea de stocare a bateriei va scădea până la circa 60% din valoarea normală, după care revine la normal când bateria e din nou în diapazonul ei de temperatură.

Cel mai impresionant parametru, însă, e densitatea energetică a noii baterii. În forma sa cu litiu pur şi hidrogen ea atinge cea mai înaltă densitate, de 2.825 Wh/kg. E o cifră de peste 10 ori mai mare decât media actuală a maşinilor electrice!

Ca să înţelegem ce înseamnă asta, o maşină cu o baterie mare din prezent are o capacitate de stocare de circa 110 kWh, iar bateria acesteia cântăreşte de obicei până a 700 kg cu tot cu carcasă. Există baterii cu densitate energetică mai mare, de circa 220-270 Wh/kg pe unele maşini electrice, dar de obicei ele se folosesc în maşini mai performante, unde inginerii pot amortiza costul mare al acestor baterii. O maşină cu baterie mare în prezent are 100-110 kWh de capacitate, una cu baterie medie are 67-80 kWh, în timp ce una cu baterie mică are de obicei în jur de 50 kWh. Cu o densitate energetică de 2.825 Wh/kg, asta ar însemna că pentru fiecare aproape 3 kWh de capacitate de stocare ar fi nevoie de doar 1 kg greutate la nivel de celulă, fără a lua în calcul carcasa.

O baterie mare de 110 kWh ar cântări doar 39 kg la nivel de celule, la care s-ar mai adăuga carcasa. O baterie medie de 80 kWh ar cântări doar 28,3 kg la nivel de celule, iar una de 50 kWh, pentru o maşină compactă urbană, ar cântări doar 17,7 kg! Sunt cifre excepţional de mici, care deschid şi calea folosirii acestor baterii pentru nave şi avioane.

Anterior, chinezii de la CATL anunţau că dezvoltă baterii de 500 Wh/kg pentru avioane. Un avion mic de 30 de pasageri, însă, ar avea un consum de circa 750 kWh/100 km, iar o baterie care să-i asigure măcar 1.000 km autonomie ar trebui să aibă 7.500 kWh plus marja de rezervă de măcar 1.500 kWh în plus, deci la 9.000 kWh bateria cu 500 Wh/kg ar cântări 18 tone, ceea ce e mai mult decât cântăresc în întregime unele avioane actuale cu combustie din aceeaşi talie. Cu o baterie de 2.825 Wh/kg, însă, bateria de 9.000 kWh ar cântări doar 3.185 kg, ceea ce apropie deja această greutate de cea a rezervoarelor şi a combustibilului din ele la decolare. Aşadar, noua baterie ar putea face avioanele electrice cu adevărat viabile, cu asemenea parametri.

Deocamdată, însă, ea e elaborată şi confirmată la nivelul experimentelor universitare, cu toate dovezile ştiinţifice asociate acestor parametri. De aici încolo, însă, ar trebui să urmeze un interes din partea producătorilor de baterii pentru această tehnologie şi o transpunere a ei în producţia de serie.