Ingineria bateriilor cu stare solidă a ajuns să fie împiedicată nu de inovaţii în electrolitul solid propriu-zis, ci de catod

În ultimele două luni, industria bateriilor cu stare solidă e pusă de-a dreptul pe jar, de când finlandezii de la Donut Lab au anunţat bateria lor, pe care au calificat-o drept una pentru producţia de serie, cu parametri excepţionali de buni. Anul 2025 a fost marcat mai degrabă de veşti triste pentru bateriile cu stare solidă — când cercetătorii germani de la Universitatea Tehnică din Munchen spuneau că aceste baterii au în esenţă aceleaşi riscuri de degradare ca şi cele litiu-ion cu electrolit lichid, apoi când şeful Panasonic a spulberat toate speranţele pentru ele, declarând că rolul lor e maxim ca produse nişă, sau când şefii marilor companii chinezeşti au declarat aproape la unison că bateriile cu stare solidă nu vor fi gata prea curând de producţia de serie. Însă în 2026 totul s-a schimbat brusc, după anunţul finlandezilor şi toţi s-au pus pe testări finale, salturi tehnologice şi o muncă intensă de a le lansa cât mai repede. Totuşi, din tot ce vedem în aceste evoluţii, putem deduce cât se poate de fundamentat că ingineria bateriilor cu stare solidă a ajuns să fie împiedicată nu de inovaţii în electrolitul solid propriu-zis, ci de inovaţiile la catod.

Toţi aşteaptă cumva că secretul bateriilor cu stare solidă viabile va veni de la electrolit, or, electrolitul e elementul care se diferenţiază cel mai mult de alte tipuri de baterii — fiind solid, nu lichid, cum se întâmplă la bateriile clasice. Respectiv, dacă electrolitul e elementul cheie ce diferă, parcă e logic să credem că tot el e şi elementul care mai frânează dezvoltarea, dacă încă nu s-a ajuns la o producţie scară largă, dar nu e chiar aşa.

Multiple echipe de ingineri au deja electroliţi solizi foarte avansaţi, realizaţi fie din polimeri, fie dintr-un material ceramic uşor flexibil. Dar imediat ce un electrolit solid e pus între doi electrozi — anod şi catod — apare o altă problemă de fizică. Materialul lui solid e suficient de permeabil pentru a permite electronilor să treacă dintr-un electrod în altul, dar nu e suficient de bun în conectivitatea cu electrozii, în special cu catodul. Când electrolitul e un lichid organic, acesta intră în porii de grafit ai anodului şi în structura catodului şi-şi asigură astfel o bună conectivitate cu el. Chiar dacă acea bateriei e pusă pe o maşină care vibrează în permanenţă în timpul rulării, lichidul asigură păstrarea conductivităţii. Când electrolitul e solid, această calitate e mult mai slabă, iar orice vibraţie suplimentară schimbă conectivitatea locală.

Foto: Electrolit solid pe bază de ceramică

Tocmai de asta, bateriile cu tare solidă necesită presiune internă, dar şi în timpul producţiei, în modul în are sunt suprapuse straturile. Acea presiune permite ca electrolitul să aibă o conductivitate mai mare şi să nu se mişte în exploatarea ulterioară. Doar că şeful Panasonic spunea că această presiune internă e dificil de garantat pe termen lung, iar vibraţiile oricum vor afectat conectivitatea în timp şi astfel bateriile care trebuiau să reziste mai mult în timp s-ar putea dovedi cu o durată de viaţă mult mai scurtă când vor ieşi din laborator. Iar şeful Panasonic n-o spunea din teorie, ci din propria practică, întrucât el şi compania sa au muncit mulţi ani la dezvoltarea de baterii cu stare solidă şi au întâmpinat aceste probleme. Mai simplu spus, el ne asigura că o celulă de baterie nu poate să-şi păstreze acea presiune imensă internă de 10-12 atmosfere timp de 15-20 de ani sau mai mult, pentru că în timp vor exista vibraţii, modificări structurale şi vor apărea locuri pe unde presiunea va fi pierdută.

Asta ne duce cu gândul la ideea că, pentru a avea baterii cu stare solidă viabile, ele ar trebui să nu mai aibă nevoie de presiunea internă de care vorbim mai sus, să-şi sigure cumva conductivitatea prin alte metode mai inovative. Acum câteva săptămâni, scriam despre cei de la QuantumScape, care au aplicat lichid în catod, îmbibând efectiv catodul cu un lichid organic care permite păstrarea conectivităţii dorite fără presiunea uriaşă, fiind nevoie de o presiune mult mai mică. A fost o cale de ocolire pentru a putea numi bateria drept una cu stare solidă, dar, de fapt, prezenţa lichidului a fost mutată din electrolit în catod, pentru a obţine aceeaşi conectivitate dorită. Şi chiar dacă definiţia unei baterii cu stare solidă se referă doar la electrolit, care trebuie să fie unul solid, tehnic vorbind acea baterie nu mai e una pe deplin solidă, şi ar putea suferi de efecte adverse tipice bateriilor obişnuite la temperaturi joase sau la degradarea în timp.

Foto: Compoziţia bateriei QuantumScape

Asta ne poate duce cu gândul la ideea că adevărata cheie a progresului e în catod. De fapt, şi până acum progresul realizat de bateriile litiu-ion NMC sau LFP, fiecare salt în densitatea energetică şi în putere, a fost obţinut în mare parte datorită catodului. Or, numărul electronilor de litiu, pe care acesta îi poate adăposti în interiorul structurii sale, determină capacitatea de stocare a bateriei, şi dacă structura poate deveni capabilă de a stoca mai mulţi ioni de litiu, fără a afecta propriul volum sau greutate, atunci creşte capacitatea de stocare şi densitatea energetică. În acest principiu de bază, bateriile clasice şi cele cu stare solidă nu diferă prea mult.

Catodul defineşte tensiunea la care operează o baterie, dată de potenţialul compoziţie chimice a acestuia de a genera reacţii de reducere. Prin urmare şi ratele mari C de încărcare şi descărcare sunt definite de acesta, deşi şi electrolitul contează, bineînţeles. Densitatea energetică e în mare parte dictată de cantitatea de litiu util. În cazurile de tipul Quantum Scape, când anodul lipseşte efectiv ca strat de grafit şi e realizat din litiu pur, se mai obţine o creştere de densitate de 20-30% datorită eliminării grafitului. Totuşi, pentru a trece peste această limită, e nevoie de progres la catod, iar la bateriile cu stare solidă acest progres trebuie să se mai realizeze şi astfel, încât să asigure contactul excelent cu electrolitul.

S-ar putea crede că şi aici mai există materiale auxiliare, care pot fi îndepărtate din compoziţie, însă nu prea mai e aşa. În prezent catozii celor mai performante baterii cu compoziţie cunoscută au deja 92-95% din compoziţia lor formată din material activ, restul fiind format din materiale agregatoare, pentru a menţine structura integră, şi aditivi conductori, precum şi foliile colectoare de curent. Deci, nu prea mai există „impurităţi” de extras nici din noile baterii cu stare solidă, pentru a le creşte densitatea mai sus de o limită teoretică de 400 Wh/kg, ci doar eventual noi compoziţii, cu materiale care au capacităţi mai mari, dar orice nouă compoziţie a catodului trebuie să rezolve şi problema conductivităţii cu electrolitul, dacă nu se doreşte presiunea uriaşă, ce scurtează durata de viaţă şi scumpeşte costurile de producţie.

O echipă de ingineri chinezi — formată din 24 de chimişti, fizicieni şi ingineri de producţie, de la Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie din China, despre care scriam acum câteva săptămâni — pare să fi găsit cea mai bună soluţie de până acum, sub forma unui electrolit, semiflexibil, similar unui cauciuc la nivel imaginar, dar format dintr-un amestec de litiu, zirconiu, aluminiu, clor şi oxigen. Calitatea sa de a fi uşor flexibil îi permite să pătrundă în porii electrozilor şi să-şi asigure conectivitatea dorită, rămânând imun la vibraţii. Deci, în acest caz pare că inovaţia a fost realizată totuşi printr-un salt tehnologic la electrolit, nu la catod. Şi deocamdată pare cea mai promiţătoare cale şi cel mai palpabil progres de a realiza avansul ingineresc al bateriilor cu stare solidă, cu excepţia a ceea ce au făcut cei de la Donut Lab, unde compoziţia şi structura bateriei ne este încă necunoscută.

De bateria Donut Lab nu putem spune foarte multe, pentru că nu ştim compoziţia, dar ştim că inginerii finlandezi pretind că bateria e cu stare solidă şi că ea nu are nevoie de presiune. Asta înseamnă că finlandezii au rezolvat cumva problema conectivităţii, însă nu ştim dacă au mers pe calea QuantumScape şi au inclus lichid organic în catod. Eşuarea de ieri a testului la 100 grade Celsius ne duce cu gândul că e foarte posibil să existe un solvent organic sau similar siliconului, uşor flexibil, în catod, or, la 100 grade în acel test a fost pierdut vacuumul, ceea ce indică emanare de gaze în interior, deci a existat o substanţă care a emanat aceste gaze.

Iar asta ne duce încă o dată cu gândul că, după ce multiple echipe au inventat electroliţi solizi avansaţi, adevăratele performanţe avansate şi stabile ale unei baterii cu stare solidă se ascund în avansul tehnologic al catodului, care ar permite şi conectivitatea necesară, şi stabilitatea termică, şi densitatea uriaşă. Şi multe echipe de ingineri înţeleg perfect asta, pentru că doar electrolitul solid nu rezolvă prea mult, dacă nu vine şi cu un progres major la catod, care să asigure parametrii incredibili în mod stabil. Pentru multe din echipe, care se vor mulţumi a menaja toate riscurile aferente, parametrii finali buni ar putea fi atinşi prin perfecţionarea soluţiilor deja cunoscute, cum ar fi presiunea, ajustările mici, etc. Cei care vor dori parametri revoluţionari, însă, vor trebui să fie inventivi şi la compoziţia activă a catodului. Cei de la Donut Lab spuneau că au fost geniali în mare măsură, pentru că bateria lor nu conţine deloc litiu, ci doar materiale simple uzuale. Iar şeful Donut Lab a dat un indiciu şi spus acum o săptămână că atunci când omenirea va afla toată compoziţia bateriei lor, ar putea spune „Ah, păi aşa am fi putut face şi noi”. Asta ne sugerează ceva genial de simplu şi eficient, cu o posibilă fentare de definiţie şi reguli. Dar, dacă acesta va funcţiona la parametri superbi, nimănui nu-i va mai păsa de definiţii exacte, ci de rezultat.

Trăim într-un moment foarte intrigat pentru industria de baterii, deci, când inovaţiile răbufnesc şi marile schimbări sunt deja în plină derulare. Cei de la Donut Lab i-a scos pe toţi din letargia cercetărilor lungi cu progrese lente şi i-au impus să gândească rapid şi neconvenţional şi să acţioneze. Iar cercetătorii încep a gândi ca-n motorsport cu cartea de reguli în mână, când nu te mai întrebi cum să faci ceea ce au făcut şi alţii sute de dinaintea ta, ci încerci să găseşti mici ferestre în legile fizicii şi-n regulament şi să te întrebi mai degrabă ce nu e interzis, decât ce e ştiut că se poate. Exact aşa e şi redirecţionarea atenţiei de la electrolitul solid la catod de acum. Exact aşa e şi cu schimbările de perspectivă asupra a ce înseamnă, de fapt, o baterie cu stare solidă şi unde ea se poate intersecta cu alte definiţii. Dar până la urmă, contează rezultatul final, sub forma unor parametri net superiori faţă de ce a existat până acum. Şi aceşti parametri au început a venit deja, afişaţi tot mai sonor şi mai convingător.