(VIDEO) Noua baterie cu stare solidă a Donut Lab a eşuat în testul la 100 grade Celsius, deşi inginerii demonstrează că la temperaturi mai mici ea funcţionează ireproşabil

Finlandezii de la Donut Lab continuă să publice dovezi independente, care să demonstreze parametrii revoluţionari ai noii lor baterii cu stare solidă, care a bulversat toată industria producătoare de baterii în acest an, atrăgând totodată şi mult scepticism că parametrii ei au putea fi adevăraţi, atât din partea chinezilor, cât şi a oamenilor de ştiinţă conaţionali, tot din Finlanda. Săptămâna trecută, Donut Lab a publicat rezultatele unor teste de încărcare rapidă la 5C şi 11C, iar astăzi inginerii finlandezi au publicat rezultatul unui alt test de operare la 80-100 grade Celsius, care a adus o mare surpriză. În timp ce funcţionarea la 80 grade a fost ireproşabil, cea de la 100 grade Celsius a făcut bateria să eşueze ireversibil, rămânând totodată funcţională şi sigură.

Foto: Noua baterie cu stare solidă a Donut Lab, după testul eşuat la 100 grade Celsius

Temperatura de operare, cuprinsă între -30 grade Celsius şi +100 grade Celsius era unul din principalii parametri anunţaţi de noua baterie finlandeză în momentul lansării ei. Altul era durata de viaţă de 100.000 cicluri, ceea ce ar fi echivalent cu 3-5 milioane de km. Pe lângă asta, bateria promitea o densitate energetică de 400 Wh/kg şi un timp de încărcare de 5 minute.

În testul dezvăluit săptămâna trecută, bateria a demonstrat că la o încărcare la 11C, are nevoie de un timp cuprins între 4 minute şi 27 secunde şi 4 minute şi 53 secunde pentru încărcarea de la 0 la 80%. Încărcarea de la 0 la 90% a durat între 5 minute şi 38 secunde şi 6 minute şi 06 secunde, iar cea de la 0 la 100% — între 7 minute şi 18 secunde şi 7 minute şi 57 secunde. În timpul acestor teste, temperatura bateriei a urcat până spre 89-90 grade, unul din teste fiind oprit când bateria a ajuns la 90 grade Celsius.

Dar limita de siguranţă de 90 grade Celsius nu era una necesară bateriei, ci instituită de laboratorul VTT din Finlanda, unde au loc aceste teste. Laboratorul e unul deţinut de stat, cu o reputaţie impecabilă de expertiză şi imparţialitate, ceea ce face aceste teste să aibă acum o fundamentare ştiinţifică experimentală puternică.

De această dată, în testul publicat azi de inginerii finlandezi, au fost testate descărcările la 80 grade Celsius, şi la 100 grade Celsius, ambele teste fiind precedate de o încărcare şi descărcare la 20 grade Celsius, drept referinţă. Testul a făcut într-o cameră climaterică specială, care permite setarea temperaturilor ambiante fierbinţi, inclusiv de 100 grade Celsius.

Pentru testul iniţial la 20 grade Celsius celula de baterie a avut o placă de oţel de 2,4 kg plasat deasupra, pentru a-i asigura forţa de apăsare similară celei dintr-o carcasă de baterie. Sub celulă a fost amplasată o altă placă cu rol de disipare de căldură. Apoi bateria a fost descărcată, măsurându-se astfel capacitatea de stocare de referinţă şi parametrii de bază.

Apoi, bateria a fost încărcată înapoi în mod similar, iar după încărcare temperatura în camera de test a fost ridicată la 80 grade Celsius. Celula a stat în acel mediu 2 ore pentru a se stabiliza termic şi a-şi imprima aceeaşi temperatură în toată compoziţia sa. Apoi, bateria a fost descărcată în asemenea condiţii de temperatură. Atât curentul de încărcare, cât şi cel de descărcare, a fost de 24 A, ceea ce în acesta caz corespunde cu o rată de 1C. După descărcare, camera a fost răcită, cu o oră de stabilizare termică, după care celula a fost încărcată din nou la 1C, iar după asta descărcată la 0,5 C, pentru o nouă referinţă, după care a urmat o nouă reîncărcare standard. Sună ca nişte procese complicate, dar ele scot la iveală lucruri interesante, pe care le explicăm mai jos.

Foto: Evoluţia curentului de încărcare/decărcare (sus) cu evoluţia temperaturii ambiante (jos) la 80 grade Celsius

Înainte de a ajunge la explicaţii, vom spune că testul la 100 grade Celsius a fost mai scurt. În acest test, bateria era deja complet încărcată când au demarat măsurările, iar amplasamentului oţelului de deasupra era identic. Camera a fost încălzită la 100 grade, după care celulei i s-a permis o perioadă de stabilizare termică de două ore. Apoi, bateria a fost descărcată la 12A, adică 0,5 C, urmată de un minut de pauză. După asta, camera a fost răcită la 20 grade, iar bateria a fost lăsată încă o oră pentru stabilizare termică. Ulterior, celula a fost încărcată din nou prin metodă standard, la 1C. Apoi, bateria a fost descărcată până la 50% la 20 grade Celsius, şi testul a luat sfârşit.

Foto: Evoluţia curentului de încărcare/decărcare (sus) cu evoluţia temperaturii ambiante (jos) la 100 grade Celsius

Ce au scos la iveală aceste teste? În primul rând, că celula şi-a pătrat stabilitatea chimică şi termică atât la 80 grade Celsius, cât şi la 100 grade Celsius, şi a putut livra în continuare electricitate în flux continuu. Nu a apărut efectul de fugă termică, nu a fost declanşat vreun incendiu. La 80 grade Celsius nu a apărut vreo deformare, însă la 100 grade Celsius, celula a avut o uşoară deformare a stratului superior, din cauza pierderii vacuumului la o asemenea temperatură. Deci, cel mai important lucru pe care l-a demonstrat noua baterie finlandeză e că şi-a confirmat capacitatea de a opera până la 80 grade Celsius în siguranţă, însă pierderea vacuumului la 100 grade Celsius e un mare semnal de alarmă, şi ea nu a fost comentată foarte detaliat, deşi ar fi meritat o atenţie mai mare. Iar noi o vom comenta mai jos.

Trebuie să remarcăm un fapt important — bateria a fost doar descărcată la 80 grade şi 100 grade Celsius în acest test, dar nu şi încărcată. Toate încărcările au avut loc la 20 grade Celsius. Noi credem că încărcarea ar fi putut avea loc şi la puteri ceva mai mari, însă nu atunci când camera de test ar fi de 80 grade şi de 100 grade Celsius, or, încărcarea produce căldură internă a bateriei, aşa cum am putut vedea în testul trecut, iar când mediul ambiant e de 80 grade sau 100 grade, bateria ar fi ajuns la 120-150 grade Celsius, ceea ce n-ar fi fost sigur. Ceea ce avem acum aici e o jonglare foarte iscusită de termeni, care sunt oarecum logici, dar trebuie să-i tratăm cu mintea limpede pentru a-i înţelege. Donut Lab a promis că bateria lor poate opera la până la 100 grade Celsius, dar putem înţelege că asta a fost temperatura celulei, nu cea a mediului ambiant. Acum am văzut efectiv că la o rată de descărcare de 1C au 0,5C bateria poate opera după ce ea însăşi ajunge la 80 sau 100 grade Celsius şi mediu din jur rămâne la o temperatură similară. Probabil o încărcare la 0,5 C ar fi putut fi posibilă la 80 grade Celsius, însă nicidecum una de 5C sau 11C, pentru că ar fi însemnat o generare uriaşă de căldură. Mai simplu vorbind — când în jurul bateriei sunt 80 grade sau 100 grade, în interiorul bateriei temperatura e mai mare şi poate trece de limita pe care o garantau anterior finlandezii, iar cu cât mai mare e rata C, cu atât mai mare va fi diferenţa dintre temperatura internă şi cea din mediul ambiant.

De asemenea, putem observa că şi descărcarea testată acum s-a făcut la o putere relativ mică, cu o rată de 0,5 C sau maxim 1C la 80 grade Celsius. E admirabil pentru orice altă baterie, dar în tandem cu ceea ce declara anterior Donut Lab, am fi aşteptat să vedem o demonstraţie că bateria poate furniza 5C sau 11C putere de descărcare la o asemenea temperatură de operare, or, promisiunea că bateria poate opera la o anumită temperatură ar prezuma că ea poate furniza aceeaşi putere sau o deviere minusculă, ca şi la temperaturile de referinţă. Donut Lab n-a menţionat dacă bateria poate face asta sau nu acum, însă toată măsurările prezentate sunt de putere mică. Simplu vorbind, Donut Lab a demonstrat acum că la 80-100 grade Celsius bateria rămâne funcţională şi sigură, şi că ea poate furniza minimul solicitat de curent, dar n-a demonstrat dacă ea poate furniza sau accepta la fel de mult curent ca la 20 grade Celsius.

E la fel de curios că acest test a demonstrat că la 80 grade Celsius, capacitatea de stocare a bateriei Donut Lab creşte la 110% faţă de capacitatea la 20 grade Celsius, iar funcţionarea la 100 grade Celsius a arătat cu 7% mai multă capacitate decât cea anterioară la 20 grade. Explicaţia vine din faptul că o dată cu creşterea temperaturii, rezistenţa internă a bateriei scade şi astfel tensiunea se păstrează mai mult timp mai mare.

Totuşi, marea problemă acestui test e acea pierdere de vacuum la 100 grade Celsius. Partea bună e că bateria a putut să furnizeze în continuare curent stabil, descărcându-se în siguranţă. Apoi chiar a putut fi din nou încărcată şi descărcată. Doar că pierderea de vacuum înseamnă o deformare ireversibilă, care în viaţa reală ar însemna că bateria ar trebui pensionată şi înlocuită. De obicei, pierderea de vacuum survine din cauza formării substanţelor gazoase în interior. Aici, neştiind compoziţia internă, nu putem spune exact care substanţă a generat presiunea care a dus la pierderea de vacuum, dar e clar că la 100 grade Celsius a avut loc o instabilitate chimică ce a generat această problemă.

Foto: Celula Donut Lab, cu vacuumul pierdut după testul la 100 grade Celsius

Această instabilitate chimică şi pierderea de vacuum ridică foarte multe semne de întrebare despre compoziţia internă a acestei celule cu stare solidă. Or, fizica ne spune că înainte de a ajunge în stare gazoasă, materialele trec prin stare lichidă. Prin urmare, fie vorbim de un material solid care şi-a dilatat volumul neaşteptat de mult la această temperatură, fie vorbim despre o compoziţie care e solidă la anumite temperaturi şi lichidă la altele, spre exemplu la 90-95 grade Celsius. Totuşi, dacă era vorba doar de o dilatare peste limitele normalului, ea ar fi trebuit să fie reversibilă. Aici indiciile arată mai degrabă o formare de gaz.

Prin urmare, chiar dacă rezultatul acestui test e prezentat oarecum ca o continuare a demonstraţiilor triumfătoare de către inginerii Donul Lab, de fapt testul a creat acum mult mai multe îndoieli şi a dat motive de a spune că nu e totul atât de fantastic şi frumos în noua baterie, precum menţionează autorii. Reiterăm că pentru orice baterie litiu-ion rezistenţa la 80-90 grade ar fi fost deja un rezultat remarcabil. Dar aici nu vorbim de o baterie obişnuită, ci una care încearcă să-şi demonstreze parametrii pe care autorii ei i-au anunţat şi i-au pretins. Şi la capitolul temperaturii de vârf bateria a eşuat deocamdată, deşi a eşuat onorabil şi a rămas funcţională şi sigură.

Vezi totul în video-ul de mai jos.