O singură echipă de ingineri chinezi a contribuit enorm la avansul galopant al bateriilor sodiu-ion din ultimul an, printr-o descoperire genială

În ultimii ani, China a avansat cu paşi galopanţi în bateriile litiu-ion NMC, dar mai ales în baterile LFP, considerate cândva mai inferioare tehnologic. Pas cu pas, chinezii au evoluat în profunzime în aceste baterii şi le-au adus la o densitate energetică decentă — oricum mai mică decât NMC — dar totodată au atins puteri de încărcare enorme, anume bateriile LFP fiind acum de obicei cele care realizează încărcări în doar câteva minute. Pentru China, a fost un avantaj competitiv major, or, bateriile LFP sunt mai ieftine în costul de producţie, având litiu, dar neavând nichel, mangan sau cobalt în ele. Acum, însă, China e în deplină realizare a următoarei faze de salt tehnologic şi competitiv pentru industria sa producătoare de baterii — faza în care bateriile sodiu-ion au ajuns brusc la parametri foarte similari cu cele LFP, fiind şi mai ieftine în produs, datorită faptului că nu mai au nici măcar litiu, compoziţia lor fiind dominată de sodiu, un compus pe care-l găsim în banala sare de bucătărie. CATL a fost unul din cei mai vocali producători, care promitea baterii sodiu-ion şi a lansat acum doi ani baterii mici de 24V pentru pornirea camioanelor, anunţând că ele pot funcţional la -40°C. Apoi au urmat şi anunţuri că tehnologia sodiu-ion ar putea ajunge şi pe camioanele electrice, la un cost mult mai mic. Iar în ianuarie 2026, CATL a plasat în producţia de serie prima lor baterie sodiu-ion, cu densitate energetică de 175 Wh/kg, comparabilă cu LFP. Iar în februarie inginerii CATL şi JAC lansau şi primul automobil cu baterie sodiu-ion, Changan Nevo A06. Şi alte companii s-au mişcat rapid în ultimul an. În martie, inginerii de la BAIC anunţau că au elaborat o baterie sodiu ion care a demonstrat încărcare completă în doar 11 minute. În iulie, o echipă de ingineri formată din angajaţi ai producătorului de camioane FAW şi ai producătorului de baterii Zhongke Haina a anunţat că a ajuns la o etapă avansată de dezvoltare a propriilor baterii sodiu-ion, raportând şi primele experienţe de exploatare a camioanelor electrice la temperaturi de -40°C. Iar în august inginerii de la HiNa Battery şi Shaanxi Tonly anunţau şi lansarea primului camion electric minier cu baterie sodiu-ion. Ei bine, în tot acest context, o singură echipă de ingineri chinezi, condusă de fiziciana Lu Yaxiang, a contribuit enorm la avansul galopant al bateriilor sodiu-ion din ultimul an, printr-o soluţie genială.

Bateriile sodiu-ion nu sunt o noutate absolută şi n-au apărut în ultimul an. Doar că ele puteau avea fie putere mare de descărcare şi încărcare, dar cu o densitate energetică foarte mică, fie o capacitate mai mare de stocare per kg, dar cu putere mai modestă. Teoretic, existau premise chimice ca bateriile sodiu-ion să fie foarte performante în parametrii lor, apropiindu-se de cele LFP şi NMC sau chiar depăşindu-le, dar în mod practic, la producţia de serie, metodele teoretice dădeau o degradare rapidă a materialelor încă înainte de finalizarea producţiei şi parametrii reali la final erau infimi.

Foto: Baterii sodiu-ion, aplicabile până acum preponderent pentru centrale de stocare

Problema fundamentală porneşte de la ionul de sodiu, care e mai mare decât cel de litiu. Asta face ca grafitul, care se dovedeşte un material perfect pentru litiu în compoziţia anodului să fie impropriu pentru sodiu, pentru că efectiv pătrunderea ionilor în textura grafitului e dificilă. Din acest motiv, pentru bateriile sodiu-ion se folosea preponderent carbonul dur, care are o textură diferită şi permite canale suficient de mari pentru ionii de sodiu. Dar şi acest material avea limitări mari. Capacitatea de stocare e modestă, iar eficienţă coulombică iniţială era slabă, o mare parte din atomii de sodiu fiind pierduţi ireversibil la prima încărcare.

La catod, existau trei direcţii explorare de bateriile existente până acum. Prima era folosirea unui compus, cunoscut ca albastru de Prusia, numit şi hexacianoferat de fier. Pe această cale a anunţat că va merge şi producătorul european falimentat Northvolt, atunci când şi-a anunţat propria baterie sodiu-ion în 2023. E una din căile mai viabile, şi poate oferi putere mare, dar de obicei are densitate energetică mai mică. O doua variantă erau compuşii polianionici în catod, care aveau în esenţă cam aceleaşi limitări, cu mai multă stabilitate în operare, cu putere mare de încărcare şi descărcare, dar cu densitate energetică mică.

Cea de-a treia cale, care promitea suma cea mai atractivă de parametri, e folosirea oxizilor stratificaţi. Această metodă ar putea livra teoretic densitate energetică superbă, cooptat cu tensiune ridicată în celulele bateriei şi cu o putere mare de descărcare şi încărcare. Doar că exact această metodă era cea care dădea probleme enorme în încercările de producţie de serie.

Aceşti oxizi stratificaţi din catod degradau rapid în structura lor la expunerea în aer. Se credea că are loc o degradare din cauza oxigenului sau CO2-ului din aer Asta făcea ca o parte din sodiu să fie extrasă chimic şi să devină inactiv, bateria pierzând din ionii activi şi reducându-şi drastic parametrii. Chiar şi atunci când se organizau săli de producţie cu concentraţie de aer foarte controlată, degradarea era în continuare observată şi mult timp era neclar care compus din aer provoacă acest efect. Aparent, se intuia că oxigenul ar fi de vină, dar în teste separate părea că oxigenul separat nu provoacă un efect similar. Iar aceste fenomene reţineau producţia la scară mare a bateriilor sodiu-ion care să aibă densitate energetică mare.

Aici a intervenit Lu Yaxiang şi echipa ei de ingineri, fizicieni şi chimişti. Ea şi-a făcut studiile în Marea Britanie, la Universitatea din Birmingham, unde şi-a luat doctoratul în 2015, iar din 2017 a revenit în China, la institutul de fizică CAS, ca profesor asociat şi cercetător în domeniul bateriilor. Ea a avut elaborări importante şi-n domeniul bateriilor cu stare solidă în primii ani, iar apoi ea şi echipa ei şi-au îndreptat atenţia spre bateriile sodiu-ion.

A urmat o abordare elegantă de a rezolva problema degradării oxizilor stratificaţi din catodul acestora. Ea a creat camere vacuum de producţie în care a separat absolut toţi compuşii din aer şi a încercat să vadă efectul separat al fiecărui asupra degradării. Ca şi în cazul altor cercetători anterior care au vrut să facă acelaşi lucru — rezultatul a fost un eşec, întrucât fiecare compus în parte nu producea efectul devastator. Apoi Lu Yaxiang a făcut marea descoperire alături de echipa sa, constatând că, de fapt, vaporii de apă din aer servesc drept punte pentru alte gaze, precum oxigenul şi CO2-ul să degradeze materialul catodului. Separat, nici oxigenul, nici CO2-ul n-au un asemenea efect. Însă, cu ajutorul apei efectul e decisiv.

Această descoperire a fost publicată într-o revistă ştiinţifică şi a făcut ca soluţia pentru producţia de serie a bateriilor sodiu-ion cu densitate energetică mare, cu catod format din oxizi stratificaţi, să fie un mediu absolut uscat, până spre absolut, cu umiditate redusă spre 0%. Lucrarea ştiinţifică a echipei a expus astfel ghidări clare despre condiţiile din halele de producţie, cu camere speciale. Producătorii de baterii din China erau deja obişnuiţi cu condiţii foarte controlate şi la bateriile NMC sau LFP, doar că acum au primit o reţetă clară cu instrucţiuni pentru a rezolva problema care a menţinut bateriile sodiu-ion cam 40 de ani în aplicaţii de nişă.

Nu se poate spune că toţi producătorii de baterii sodiu-in care au avansat ultra rapid în ultimul an s-au bazat doar pe descoperirile făcute de Lu Yaxiang şi echipa ei. Au existat şi elaborări proprii, dar descoperirea lui Lu Yaxiang, fiind făcută în rezultatul unei cercetări făcute din bani publici, a devenit disponibilă spre aplicare pentru companiile chinezeşti. Totuşi, deşi multe din noile baterii sodiu-ion nu şi-au anunţat compoziţia completă, există indicii care sugerează că toate sau aproape toate folosesc oxizi stratificaţi în catod, exact metoda în care Lu Yaxiang a rezolvat problema ce părea de nerezolvat.

Ştim că bateriile produse de Lu Yaxiang şi echipa sa ajuns să demonstreze că densitatea energetică de 160-165 Wh/kg e posibilă, BAIC a atins 170 Wh/kg, iar CATL a atins 175 Wh/kg, probabil îmbunătăţind şi partea de anod cu carbon dur. Şi cam toate elaborările actuale sodiu-ion din China oscilează în jurul aceleiaşi densităţi decente, atingând şi puteri mari de încărcare. Chiar şi BYD a anunţat că lucrează la o baterie proprie-sodiu ion cu 165 Wh/kg.

Deci, e un efect care se propagă rapid în întreaga industrie din China, datorită unei contribuţii majore e unei singure echipe din China, condusă de o tânără fiziciană genială. Pentru această contribuţie şi pentru realizările anterioare în domeniul bateriilor cu stare solidă, Lu Yaxiang a primit medalia a cărei denumire sună aproximativ ca „4 Mai Tineresc” şi care e cea mai înaltă distincţie oferită în China celor de până la 40 de ani, pentru inovaţii şi contribuţii excepţionale cu impact major la nivel naţional. Prin această medalie, lui Lu Yaxiang i s-a recunoscut contribuţie enormă de a fi schimbat şi impulsionat din rădăcini industria bateriilor sodiu-ion. Iar acum, imediat ce producătorii de baterii din China vor creşte producţia la scara mare a acestora şi le vor perfecţiona în parametri, bateriile chinezeşti vor fi şi mai competitive în lume, şi mai dominante.