(VIDEO) Inginerii finlandezi de la Donut Lab au demonstrat că ceea ce se întâmplă cu bateria lor după pierderea vacuumului îi confirmă starea solidă

Inginerii finlandezi de la Donut Lab continuă să menţină toată industria bateriilor în alertă de la începutul acestui an, de când au anunţat noua lor baterie cu stare solidă, cu parametri aproape neverosimili de buni. Valul de scepticism şi critică a fost imens, iar din acest motiv cei de la Donut Lab prezintă săptămânal, de mai bine de o lună încoace, dovezi care confirmă pas cu pas, sau e apropie de parametrii anunţaţi iniţial. Până acum, au avut loc 3 teste independente făcute de institutul VTT din Helsinki — primul a demonstrat o viteză de încărcare fascinant de bună, între 5C şi 11C, al doilea a demonstrat calităţile la operarea la 80 grade şi 100 grade Celsius, dar tot atunci, la 100 grade, a avut loc pierderea vacuumului celulei de baterie. Al treilea test a demonstrat că bateria nu e un condensator, aşa cum presupuneau anterior multe păreri sceptice fată de noua elaborare finlandeză. Al patrulea test a fost unul de viaţă reală, cu o motocicletă încărcată la o staţie publică, trecând de 5C şi indicând doar 12 minute pentru o încărcare de la 9 la 80%. Ei bine, testul care a fost dezvăluit azi de inginerii Donut Lab e şi mai curios, întrucât a supus unei adevărate torturi acea celulă din testul doi, care şi-a pierdut vacuumul, iar ceea ce s-a întâmplat cu ea îi confirmă în mare parte starea solidă.

Testul despre care vorbim azi a fost făcut tot de institutul VTT din Helsinki, cu aceeaşi celulă care şi-a pierdut vacuumul prin perforarea învelişului exterior. Inginerii Donul Lab au explicat acum că acest eşec al celulei bateriei ar fi fost cauzat de materialul exterior ales pentru celulă, care a venit din industria actuală a bateriilor cu litiu şi nu era prevăzut să susţină temperaturile de 100 grade.

Noi mai menţionăm că ar fi vorba de o combinaţie de temperatură şi presiune, iar atunci spuneam că perforarea celulei indică în principiu indicii că ar fi existat gaz format în interiorul celulei la acea temperatură, iar asta, ziceam noi, ar putea fi indiciul unui electrolit hibrid, care e unul cu stare solidă la temperatura camerei şi devine lichid la temperaturile mari de operare. Asta ar fi susţinut supoziţia finlandezilor că bateria lor nu are nevoie de presiune foarte mare pentru a rezolva problema notorie a conectivităţii electrozilor cu electrolitul solid. Totuşi, testul de azi anulează în mare parte această ipoteză şi indică mai degrabă un comportament ca la carte de baterie cu stare solidă.

Astfel, inginerii de la VTT au luat bateria perforată Donut Lab şi au supus-o la 50 de cicluri de încărcare fast charge, la o rată de 5C, până la 90% şi descărcare până la 0%. Ei şi-au dorit să demonstreze câteva lucruri esenţiale — că bateria Donut Lab nu intră în fugă termică şi nu generează un incendiu după pierderea etanşeităţii, aşa cum ar face-o o baterie litiu-ion NMC. Iar al doilea scop a fost să se demonstreze că stabilitatea ei electrochimică e atât de mare, încât ea poate opera în continuare ca o baterie, în esenţă.

Cei de la Donut Lab ne amintesc că bateria e una perforată, deci efectiv defectă, şi comportamentul ei n-ar trebui privit din prisma a ceea ce ar putea face o baterie funcţională, normală, ci prin prisma modului inofensiv în care eşuează această baterie.

Toate cele 50 de încărcări s-au făcut cu două plăci de disipare a căldurii, lipite de celula bateriei. E vorba de radiatoare mult mai mari decât plăcile folosite anterior, semn că inginerii se aşteptau că după eşuare, rezistenţa internă a bateriei va creşte, ceea ce va determina generarea unei călduri mult mai mari.

Capacitatea de stocare a celulei testată anterior în condiţii normale, era de 26 Ah. Celula a fost pusă într-o cameră specială cu climă controlată, setată la 25 grade Celsius. După o oră de climatizare, bateria a fost descărcată complet la o rată de 1C, apoi încărcată la o putere similară de 1C, cu curent de 26A. Primele 5 cicluri de încărcare şi descărcare au fost făcute la 1C, ia capacitatea de stocare a rămas relativ stabilă, între 24,673 Ah şi 24,701 Ah, părând chiar că bateria începe a-şi recupera uşor această capacitate. Asta înseamnă cam 95% retenţie de capacitate în primele 5 cicluri, chiar şi cu o baterie efectiv compromisă. E un rezultat într-adevăr bun, dar e abia prima parte din tot tabloul.

Foto: Evoluţia parametrilor în cicurile 1-5, cu încărcare şi descărcare 1C, Tensiune (V), Curent (A), Temperatură (grade Celsius) şi Capacitate (Ah)

Randamentul primelor 5 cicluri, la 1C, a fost în mediu de 89,6%, ceea ce înseamnă că cifra a scăzu faţă de o celulă sănătoasă, care indica 92,16% rată de eficienţă în primul test, la 1C. Sunt 2,5 punte procentuale pierdere, probabil datorate rezistenţei interne mai mari după pierderea vacuumului.

Ceea ce se întâmplă începând cu ciclul 6, însă, e mult mai interesant. De la ciclul 6 până la 50 bateria a fost încărcată da o putere de 5C, cu un curent de 130A. Şi acest curent mare a degradat rapid parametrii bateriei. Peste doar 5-6 asemenea cicluri bateria şi-a pierdut deja circa 50% din capacitatea de stocare, ajungând până la doar 11,194 Ah la final, ceea ce corespunde cu o degradare de 54,66% în comparaţie cu capacitatea măsurată iniţial, după pierderea vacuumului, de 24,679 Ah.

Foto: Evoluţia parametrilor în cele 50 de cicluri de încărcare

Odată cu această pierdere de capacitate, randamentului ciclului de încărcare şi descărcare a scăzut considerabil, la sub 71%, oscilând în jurul valorii de 70,7%. Asta înseamnă că doar 70,7% din electricitatea indusă în baterie la încărcare putea fi recuperată la descărcare. Şi e curios că această rată a fost atinsă aproximativ la ciclul 25 şi a fost păstrată stabilă până la ciclul 50.

Restul de 30% de energie au fost degajate prin căldură, iar graficul temperaturii arată şi urcarea rapidă a temperaturilor la ciclurile 6-11, primele cicluri cu putere 5C. Asta înseamnă creşterea rezistenţei interne a bateriei, iar un fapt foarte curios e că întotdeauna temperatura în faza de descărcare era simţitor mai mare decât cea în faza de încărcare. Ba mai mult ca atât, după mai multe cicluri, temperatura de încărcare pare să mai fi scăzut, în timp ce cea de descărcare a crescut, mărind discrepanţa. Ce ne spune asta?

Că bateria suferă o degradare asimetrică pe partea de încărcare şi descărcare. Ionilor le e mai tot mai greu să pătrundă în textura anodului în procesul de încărcare, dar le e şi mai greu să migreze înapoi din anod în catod în procesul de descărcare. Faptul că temperatura e mult mai mare la descărcare indică, cu o mare probabilitate, că structura cristalină a catodului a suferit o degradare mai mare în acest proces şi electronii îşi găsesc loc cu mai mult efort aici.

Dar, toată această evoluţie, după 5-6 cicluri 5C mai indică şi o foarte probabilă înrăutăţire a conductivităţii electrolitului solid dintre anod şi catod. Bateriile cu stare solidă au nevoie de presiune internă pentru a menţine presaţi anodul şi catodului de acel electrolit solid, întrucât acesta nu e lichid şi conectivitatea se menţine mai greu. Donut Lab spunea că bateria sa nu are nevoie de presiune mare, ca alte baterii cu stare solidă experimentale, dar după câteva cicluri care au degradat mai ales catodul, acea conectivitate s-a pierdut parţial, ceea ce generează şi acest comportament al bateriei. Şi această evoluţie a degradării confirmă parţial că electrolitul e unul cu stare solidă în bateria finlandeză.

E curios că după acest regim chinuitor de 5+50 de cicluri, bateria a crescut cu 17% în volum şi a devenit rigidă. Cel mai probabil, această creştere a avut loc în ciclurile 6-11, iar rigiditatea ei confirmă indirect că degradarea de mai departe n-a generat emanări noi de gaz neapărat. Creşterea în volum e aici dictată mai degrabă de acea luptă intensă a electronilor de a-şi găsi loc în procesele de migrare la încărcare şi descărcare, cu legătură rupte şi deformate în acest proces.

Aşadar, testul de acum e poate şi mai intrigant, întrucât elimină multe din presupunerile criticilor anterioare şi arată tot mai mult că bateria e într-adevăr una cu stare solidă. Şi după cum sugerează inginerii, acea pierdere iniţială de vacuum ar fi putut fi cauzată nu de o eşuare propriu-zisă a electrolitului sau electrozilor, ci de adezivii interni din construcţia carcasei celulei. Ei ar fi putut fi cei care s-au transformat în gaz şi au provocat presiunea internă care a perforat folia carcasei. Iar dacă asta e cazul veridic, atunci Donut Lab trebuie doar să schimbe componentele carcasei, lăsând compoziţia internă neschimbată. Deci, avem o baterie care se confirmă tot mai mult ca una cu stare solidă, şi a reuşit să „rămână vie” timp de 5+50 de circuri după eşuarea sa cu pierderea de vacuum, fără incidente. Da, cu pierdere de capacitate şi eficienţă, cu temperaturi, dar totuşi celula a rămas inofensivă şi chiar a putut suporta încărcări de 5C. Prin urmare, sunt multe aspecte care pot fi numite revoluţionare aici, iar inginerii Donut Lab merită o mare doză de admiraţie că avansează tot mai mult cu aceste demonstraţii.

Vezi totul în video-ul de mai jos.