O nouă baterie sodiu-ion, fără minerale rare, care rezistă 50.000 cicluri de încărcare, a fost pusă în producţie în SUA

O nouă baterie revoluţionară sodiu-ion, care nu foloseşte litiul şi alte minerale rare şi care rezistă un număr impresionant de 50.000 de cicluri de încărcare şi descărcare a fost pusă în producţie în SUA de către compania Natron Energy, la fabrica sa din Holland, Michigan. În primul an, fabrica va produce baterii cu o putere însumată de 600 MW, acestea fiind în mare parte destinate stocării locale de energie regenerabilă în edificii şi fabrici, ca un soi de centrale de stocare mai mici, dar atunci când fabrica va fi extinsă, ea ar putea asigura producţia acestor baterii şi pentru centrale mai mari sau chiar maşini electrice.

Parametrii şi calităţile acestei noi baterii sunt pe alocuri de-a dreptul uimitoare, începând de la cele 50.000 de cicluri pe care le promite. La o centrală de baterii folosită intens, care se descarcă şi se încarcă de 2 ori pe zi, 50.000 cicluri ar însemna 25.000 zile, sau 68 ani şi jumătate de funcţionare! La o maşină, dacă luăm în calcul obişnuiţii 500 km autonomie asigurată de un ciclu, care e de obicei reperul în industrie, 50.000 cicluri înseamnă 25 milioane km! Chiar dacă luăm o autonomie medie mult mai modestă, de 300 km, cele 50 mii cicluri tot ar însemna 15 milioane km parcurşi!

Al doilea mare avantaj e că bateria sodiu-ion a celor de la Natron nu generează căldură practic deloc, oricât de mare ar fi puterea de încărcare şi descărcare, iar datorită acestui fapt nu are nevoie de management termic decât dacă e prognozată să opereze la temperaturi extreme, dincolo de diapazonul său normal, dar şi atunci sistemul de management s-ar include doar când temperatura ambiantă depăşeşte diapazonul. Bateria Natron poate opera la parametri normali la temperaturi cuprinse între -20 şi +50 grade Celsius. Deci, teoretic, o maşină cu o asemenea baterie ar putea porni precondiţionarea doar atunci când are parte de o iarnă nordică, mai jos de -20 grade Cesius.

Datorită faptului că noua baterie nu generează căldură, ea e lipsită de riscul fenomenului de fugă termică şi e total neinflamabilă, deci pur şi simplu există zero risc de incendiu, inclusiv datorită chimiei sale de sodiu-ion. Celulele bateriei arată ca nişte plicuri, iar testele Natron arată că până şi o baterie tăiată cu foarfeca îşi pierde parţial voltajul, dar rămâne funcţională şi nu generează incidente.

Foto: O celulă a bateriei Natron, tăiată şi rămasă funcţională

Noua baterie are şi parametri de putere excepţional de mari. Ea se poate încărca în circa 5-15 minute, ceea ce înseamnă o putere medie minimă de 4C, în vârful ierarhiei parametrilor actuali din industrie. Iar dacă luăm în calcul doar 5 minute, atunci am vorbi de o putere maximă de 12C, ceea ce e de-a dreptul senzaţional şi dincolo de orice baterie pusă în producţie în prezent.

Puterea de descărcare a bateriei e şi mai mare, ajungând la 40C! Deci, de 40 ori mai mult decât cifra capacităţii. O baterie de 100 kWh poate livra o putere de 4 MW! Desigur, asta înseamnă că la putere constantă de 4 MW ea s-ar descărca într-un minut şi jumătate, dar această limită superioară nu va fi folosită de nimeni, însă tot ea va asigura că maşinile electrice cu asemenea baterie nu vor mai avea problema că bateria nu le poate asigura fluxul energetic constant necesar puterii electromotoarelor.

Desigur, e curios să aflăm mai multe despre compoziţia acestei baterii. E una sodiu-ion, ceea ce înseamnă că nu are deloc litiu, cobalt şi zinc în compoziţia sa. Bateria conţine materiale precum sodiul, bineînţeles, iar pe lângă el manganul, fierul şi aluminiul, toate materialele fiind răspândite relativ pe larg, în multe regiuni ale lumii.

Ambii electrozi, atât catodul, cât şi anodul, sunt formaţi din amestec de variaţie diferită de mangan şi fier, cu mai mult mangan în anod. De fapt, amestecul de aici poartă numele de Albastrul de Prusia, material cunoscut în chimie de peste 3 secole, numit şi hexacianoferat de fier.

Denumirea de Albastru de Prusia şi tehnologia de sodiu-ion ne poate aminti de bateria cu stare solidă anunţată de compania suedeză Northvolt, în luna noiembrie 2023 şi adevărul e că cele două tipuri de baterii au multe în comun. Acea baterie suedeză foloseşte o compoziţie similară a electrozilor, doar că materialul e Alb de Prusia, o variaţie redusă şi sodiată e Albastrului de Prusia. Acolo electrolitul dintre catod şi anod e unul cu stare solidă, în timp ce aici, la bateria americană, el ar fi un soi de gel poros, dar apropiat de o stare solidă de fapt. E interesant că structura moleculară a electrolitului, dar şi a electrozilor bateriei Natron, presupune o reţea cu spaţii libere mai mari decât electronii de sodiu, astfel încât aceştia pot circula rapid şi fără rezistenţă între caton şi anod şi invers, iar asta determină lipsa căldurii generate de baterie şi lipsa depunerilor şi degradării, cu o asemenea longevitate.

Foto: Bateria Nortvolt, cu structură apropiată a catodului, dar cu stare solidă

La fel de interesant e, deci, că nu vorbim doar de o baterie abia anunţată de o echipă de ingineri, ci una pusă în producţie, la o fabrică deja construită şi operaţională. Prin urmare, impactul acestei noi baterii se va vedea mult mai rapid.

Foto: Fabrica unde a început producţia noii baterii