Grupul de cercetare a bateriilor avansate Tesla din Canada a publicat o nouă cercetare despre o nouă baterie pe bază de nichel care ar putea dura 100 de ani și care, în același timp, se poate compara favorabil cu celulele LFP în ceea ce privește încărcarea și densitatea energetică. Noua baterie utilizează un anod pe bază de nichel și un catod bogat în litiu, care oferă mai multe avantaje față de bateriile litiu-ion tradiționale.
Aceasta este mai stabilă, ceea ce înseamnă că este mai puțin probabil să se degradeze în timp și să piardă din capacitate. În plus, aceasta poate fi încărcată mai rapid și mai eficient decât bateriile litiu-ion tradiționale. În cele din urmă, noua baterie oferă o densitate energetică mai mare decât bateriile litiu-ion tradiționale, ceea ce înseamnă că poate stoca mai multă energie pe unitate de greutate. Prin urmare, pe măsură ce vehiculele electrice devin din ce în ce mai populare, bateriile care pot oferi o autonomie mai mare și timpi de încărcare mai rapizi vor fi esențiale. Astfel, noua baterie pe bază de nichel realizată de grupul de cercetare avansată a bateriei Tesla ar putea contribui la satisfacerea acestei cereri.
Noua baterie este o descoperire semnificativă în domeniul tehnologiei bateriilor
În 2016, Tesla a înființat „Tesla Advanced Battery Research” în Canada, printr-un parteneriat cu laboratorul de baterii al lui Jeff Dahn de la Universitatea Dalhousie din Halifax, Canada. Dahn este considerat un pionier în domeniul celulelor de baterii Li-ion; el a lucrat la acestea cam de când au fost inventate și este creditat pentru că a contribuit la creșterea ciclului de viață al celulelor, ceea ce a ajutat la comercializarea acestora. Relația dintre Tesla și Dahn este una de lungă durată; de fapt, Dahn a lucrat pentru Tesla în perioada în care compania era la început. În ultimii ani, Dahn și-a concentrat cercetările asupra dezvoltării unor baterii care pot rezista până la 1 milion de mile; dacă va avea succes, acest lucru ar putea avea un impact major pe piața vehiculelor electrice.
În ultimii ani, activitatea lui Dahn s-a concentrat pe creșterea densității energetice și a durabilității bateriilor, reducând în același timp costul acestora. Aceste cercetări sunt esențiale pentru dezvoltarea continuă a vehiculelor electrice, care depind de tehnologia bateriilor. Prin urmare, grupul lui Dahn a produs deja numeroase brevete și lucrări privind bateriile pentru Tesla, iar producătorul auto și-a prelungit contractul cu grupul până în 2026. Cu îndrumarea continuă a lui Dahn, Tesla se pare că este bine poziționată pentru a continua să facă progrese în domeniul tehnologiei bateriilor.
Astfel, Michael Metzger, Dahn și o echipă de doctoranzi au publicat o lucrare de cercetare în Journal of the Electrochemical Society intitulată “Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Lived Low Voltage Li-Ion Cells”. În aceasta se menționează că noul material oferă performanțe îmbunătățite în ceea ce privește capacitatea, tensiunea și durata de viață a ciclurilor, fiind în același timp mai stabil decât LiFePO4. Aceasta este o descoperire semnificativă în domeniul tehnologiei bateriilor și ar putea duce la baterii mai bune și cu durată de viață mai lungă în viitor. Cercetările echipei vor avea cu siguranță un impact de durată asupra industriei bateriilor și ar putea duce la și mai multe progrese în anii următori.
Lucrarea descrie o celulă de baterie pe bază de nichel care oferă o longevitate superioară în comparație cu actualele baterii litiu-ion. În timp ce bateriile litiu-ion trebuie înlocuite, de obicei, după doar câțiva ani de utilizare, noile celule pe bază de nichel sunt concepute pentru a rezista peste 20 de ani. În plus, noile celule oferă o densitate energetică mai mare decât bateriile litiu-ion, ceea ce înseamnă că pot stoca mai multă energie pe unitate de volum. Acest lucru ar putea permite vehiculelor electrice să călătorească mai mult cu o singură încărcare sau să reducă numărul de baterii necesare pentru a alimenta un vehicul. Noile celule păstrează și alte avantaje ale bateriilor pe bază de nichel, cum ar fi o tensiune de ieșire mai mare și timpi de încărcare mai rapizi. Deși noile celule nu sunt încă disponibile în comerț, dezvoltatorii speră că acestea vor fi adoptate în curând de industria auto.
Grupul de cercetare a scris în rezumatul lucrării următoarele:
Single crystal Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2//graphite (NMC532) pouch cells with only sufficient graphite for operation to 3.80 V (rather than ≥4.2 V) were cycled with charging to either 3.65 V or 3.80 V to facilitate comparison with LiFePO4//graphite (LFP) pouch cells on the grounds of similar maximum charging potential and similar negative electrode utilization. The NMC532 cells, when constructed with only sufficient graphite to be charged to 3.80 V, have an energy density that exceeds that of the LFP cells and a cycle-life that greatly exceeds that of the LFP cells at 40 °C, 55 °C and 70 °C. Excellent lifetime at high temperature is demonstrated with electrolytes that contain lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) salt, well beyond those provided by conventional LiPF6 electrolytes.
Celulele au prezentat o retenție impresionantă a capacității pe un număr mare de cicluri:
Grupul de cercetare a observat că noua celulă descrisă în lucrare ar putea dura 100 de ani dacă temperatura este controlată la 25C:
Culometria de precizie ultra-înaltă și spectroscopia de impedanță electrochimică sunt utilizate pentru a completa rezultatele ciclului și pentru a investiga motivele pentru performanța îmbunătățită a celulelor NMC. Celulele NMC, în special cele echilibrate și încărcate la 3,8 V, prezintă o eficiență mai bună, o diminuare mai mică a capacității și o densitate energetică mai mare în comparație cu celulele LFP și se estimează că vor avea o durată de viață de aproape un secol la 25 °C.
Astfel, una dintre punctele cheie pare să fie utilizarea unui electrolit cu săruri de litiu LiFSI, iar cercetarea notează că beneficiile s-ar putea aplica și la alte chimicale pe bază de nichel, inclusiv cele fără cobalt sau cu un conținut scăzut de cobalt.
Concluzii
Noile baterii dezvoltate de Dahn reprezintă o descoperire majoră în lumea vehiculelor electrice. Utilizarea nichelului în amestecul lor oferă o densitate ridicată, permițând o autonomie mai mare. În plus, compoziția chimică unică a acestor baterii le face mai durabile decât bateriile litiu-ion. În funcție de temperatura la care sunt încărcate, acestea sunt capabile să reziste la condiții extreme și să ofere energie fiabilă pentru o perioadă mai lungă de timp. Acest lucru le face să fie o alegere ideală pentru vehiculele electrice care trebuie să parcurgă distanțe lungi. Cu performanțele lor superioare, aceste baterii vor revoluționa cu siguranță lumea transporturilor.
Cercetarea evidențiază un exemplu în care, dacă bateria este menținută la o temperatură de 25 de grade Celsius în permanență, durata de viață a bateriei ar putea depăși 100 de ani. Acest lucru este cu adevărat revoluționar. Nu numai că ar însemna că am putea avea în sfârșit o sursă de energie durabilă, dar ar însemna și că nu va mai trebui să extragem cobalt. În trecut, bateriile de nichel au avut cobalt în ele. Nu este niciun secret că aprovizionarea cu cobalt în mod etic este o provocare de proporții uriașe. Dacă am putea menține bateriile la 25 de grade Celsius, am putea avea, în sfârșit, o sursă de energie care să fie nu numai durabilă, ci și etică. Acest lucru ar fi o schimbare radicală pentru întreaga lume.
