O mașină electrică ar putea parcurge într-o zi de două ori mai mulți kilometri fără să fie încărcată. Iar bateria ar putea deveni mai ușoară și mai sigură. Aceasta este perspectiva deschisă de o nouă tehnologie dezvoltată în Italia. Bateriile fără litiu, bazate pe ioni de fluorură, ar putea atinge o densitate energetică de 600 Wh/kg, comparativ cu 150–250 Wh/kg pentru acumulatorii convenționali cu litiu.
O echipă de la Politecnico di Milano a creat o membrană care permite funcționarea acestei tehnologii la temperatura camerei. Rezultatul elimină un obstacol important, deoarece unele sisteme experimentale anterioare necesitau temperaturi de 100–150°C. Autonomia dublă rămâne însă o posibilitate teoretică, nu o performanță demonstrată pe un automobil.
Bateriile fără litiu ar putea stoca mult mai multă energie
Autonomia reprezintă una dintre principalele preocupări ale cumpărătorilor de automobile electrice. O baterie cu densitate energetică mai mare poate stoca mai multă energie fără să crească proporțional în greutate.
În prezent, acumulatorii litiu-ion domină piața. Tehnologia este matură, dar depinde de materiale a căror extracție și prelucrare presupun costuri economice și de mediu.
Alternativa investigată la Milano utilizează ioni de fluorură, care circulă între electrozi în timpul încărcării și descărcării.
Luca Magagnin, profesor de chimie fizică aplicată, estimează un potențial energetic de aproximativ 600 Wh/kg pentru această categorie de baterii. Valoarea depășește considerabil intervalul de 150–250 Wh/kg asociat acumulatorilor convenționali cu litiu.
Într-un scenariu în care performanța teoretică ar deveni realizabilă comercial, autonomia unui vehicul electric s-ar putea dubla.
Diferența dintre potențial și rezultat este însă decisivă. Cei 600 Wh/kg nu reprezintă densitatea energetică măsurată în prototipul prezentat. Cercetarea a demonstrat funcționarea unui electrolit nou, nu construirea unei baterii auto cu autonomie dublă.
Membrana care funcționează fără încălzire la 150°C
Problema bateriilor cu ioni de fluorură nu este doar capacitatea de stocare. Ionii trebuie să circule eficient între electrozi, iar acest proces a fost dificil de realizat la temperaturi obișnuite.
Unele tehnologii anterioare necesitau încălzirea la 100–150°C pentru a îmbunătăți conductivitatea. Energia consumată pentru menținerea temperaturii reduce avantajele sistemului.
Soluția dezvoltată la Milano este o membrană polimerică sub formă de gel cvasisolid. Materialul facilitează deplasarea ionilor de fluorură fără preîncălzire.
În testele noii membrane pentru baterii cu ioni de fluorură, conductivitatea ionică a ajuns la 1,3 milisiemens pe centimetru, la temperatura camerei.
Echipa a utilizat și simulări moleculare pentru a înțelege cum influențează structura gelului transportul ionilor. Un amestec de solvenți permite materialului să formeze căile necesare deplasării acestora.
Celulele experimentale au demonstrat reacții electrochimice reversibile pe parcursul a peste 50 de cicluri de încărcare și descărcare.
Este un progres verificabil, dar insuficient pentru utilizarea comercială. Bateriile destinate automobilelor trebuie să reziste unui număr mult mai mare de cicluri și unor condiții variate de exploatare.
Mai puține riscuri de incendiu și o dependență redusă de litiu
Un alt avantaj urmărit este siguranța. Membrana dezvoltată are proprietăți neinflamabile, ceea ce ar putea contribui la reducerea riscurilor asociate stocării energiei.
Acest aspect contează pentru instalațiile de mari dimensiuni, unde bateriile sunt amplasate în grupuri compacte.
Totuși, caracterul neinflamabil al membranei nu demonstrează că o baterie completă nu poate lua foc. Siguranța depinde și de electrozi, celelalte materiale și modul de funcționare.
Există și un avantaj potențial privind materiile prime. Fluorul este un element abundent, ceea ce ar putea reduce dependența de litiu și diversifica tehnologiile de stocare.
Această perspectivă este relevantă pentru creșterea cererii de minerale critice provocată de tranziția energetică. Extinderea bateriilor și a transportului electric pune presiune asupra lanțurilor de aprovizionare.
Dar noua tehnologie nu este automat ecologică. Celulele experimentale au utilizat electrozi pe bază de plumb și fluorură de plumb. Membrana conține și materiale fluorurate, alături de solvenți organici.
Impactul asupra mediului va depinde de materialele utilizate într-o eventuală versiune comercială, de producție și de reciclare. Nu există încă o analiză completă care să demonstreze un avantaj ecologic net.
Ce ar însemna noua tehnologie pentru România și energia regenerabilă
România dezvoltă capacități de producere a energiei solare și eoliene. Dar electricitatea produsă nu coincide întotdeauna cu perioadele de consum maxim.
Bateriile pot stoca surplusul și îl pot furniza atunci când producția scade. Pentru asemenea aplicații contează siguranța, costul, eficiența și durata de funcționare.
O tehnologie fără litiu ar putea diversifica opțiunile de stocare, dacă va deveni competitivă economic. Nu există însă o instalație comercială demonstrată prin cercetarea italiană și nici un termen confirmat pentru lansarea pe piață.
Posibilele aplicații includ automobile electrice, drone, sateliți, aeronave și instalații staționare de stocare. Cerințele tehnice diferă considerabil între aceste domenii.
Întrebarea esențială este dacă bateriile fără litiu pot înlocui acum acumulatorii convenționali. Răspunsul este nu. Echipa a demonstrat transportul ionilor la temperatura camerei și funcționarea unor celule experimentale, nu viabilitatea producției industriale.
Următorii pași presupun creșterea durabilității, dezvoltarea unor electrozi adecvați și verificarea densității energetice reale. Vor conta și costurile de fabricație, siguranța ansamblului și posibilitatea reciclării.
În laborator, membrana a făcut deja ceea ce părea dificil: a permis deplasarea ionilor de fluorură fără încălzirea bateriei. Distanța rămasă este însă mult mai mare decât cea dintre doi electrozi. Este distanța dintre un prototip care funcționează și o mașină electrică ce poate parcurge, într-adevăr, de două ori mai mulți kilometri.
