Bateriile solide cu litiu abia le depășesc pe cele litiu-ion, arată un studiu

Bateriile solide cu litiu au fost considerate de mult timp o inovație revoluționară în domeniul stocării energiei, fiind promițătoare în special pentru vehiculele electrice și alte aplicații.

Cu beneficii așteptate precum autonomie mai mare, timpi de încărcare mai scurți și siguranță îmbunătățită, comercializarea acestei tehnologii era estimată între 2026 și 2028.

• Cum să reducem plasticul în viața de zi cu zi: idei și inspirație
• Michael Faraday, geniul care l-a inspirat pe Albert Einstein

Totuși, cercetări recente sugerează că bateriile solide cu litiu nu au performanțele așteptate, punând sub semnul întrebării viabilitatea lor ca alternativă superioară bateriilor litiu-ion convenționale.

Cât de performante sunt bateriile solide cu litiu?

Un studiu asupra electroliților solizi de tip granat, în special oxidul de litiu, lantan și zirconiu (LLZO), indică faptul că beneficiile preconizate privind densitatea energetică a bateriilor solide cu litiu-metal ar putea fi supraestimate.

Conform rezultatelor, o baterie solidă cu litiu-metal bazată pe LLZO ar avea o densitate energetică gravimetrică de aproximativ 272 Wh/kg, foarte puțin peste cei 250-270 Wh/kg ai bateriilor litiu-ion existente.

Având în vedere costurile ridicate de producție și provocările semnificative în fabricarea LLZO, studiul sugerează că electroliții compoziți sau cvasi-solizi ar putea fi opțiuni mai viabile, scrie Interesting Engineering.

„Bateriile solide cu litiu-metal au fost considerate viitorul stocării energiei, dar studiul nostru arată că designurile bazate pe LLZO nu oferă saltul așteptat în densitatea energetică. Chiar și în condiții ideale, câștigurile sunt limitate, iar costurile și provocările de producție sunt semnificative”, a declarat Eric Jianfeng Cheng, autor principal al studiului și cercetător la WPI-AIMR, Universitatea Tohoku (Japonia).

Cu ce atuuri venea noul tip de baterii?

Bateriile solide cu litiu-metal au atras atenția în principal datorită siguranței și performanței lor energetice îmbunătățite. LLZO este un candidat promițător pentru electroliții solizi datorită stabilității și conductivității sale ionice.

Totuși, o analiză mai atentă a celulelor de tip „pouch” bazate pe LLZO sugerează că așteptările privind creșterea densității energetice ar putea fi eronate.

Chiar și folosind un separator ceramic ultrafin LLZO de 25 μm și un catod cu capacitate mare, performanța rămâne doar ușor superioară celei mai bune baterii litiu-ion convenționale.

Un aspect critic evidențiat în studiu este densitatea LLZO. Deși are o densitate energetică volumetrică impresionantă, de aproximativ 823 Wh/L, această caracteristică contribuie la creșterea masei totale a celulei, reducând beneficiile anticipate.

Mai mult, limitările LLZO nu se opresc aici. Fragilitatea sa îngreunează fabricarea unor foi subțiri fără defecte, iar dendritele de litiu și golurile de la interfață creează obstacole suplimentare în producția la scară largă.

Cum ar putea fi salvate bateriile solide cu litiu?

„LLZO este un material excelent din punct de vedere al stabilității, dar limitările sale mecanice și penalizarea în greutate reprezintă bariere serioase pentru comercializare”, a subliniat Cheng.

În lumina acestor descoperiri, cercetătorii explorează abordări hibride care combină LLZO cu alte materiale. Una dintre strategiile promițătoare implică dezvoltarea electroliților compoziți LLZO-polimer, care își propun să mențină o conductivitate ionică ridicată, oferind în același timp o mai mare flexibilitate și ușurință în fabricație.

O altă strategie emergentă este utilizarea electroliților cvasi-solizi LLZO, care combină o cantitate mică de electrolit lichid cu componente solide pentru a îmbunătăți transportul ionilor și integritatea structurală.

Rezultatele preliminare sugerează că aceste designuri hibride oferă o stabilitate pe termen lung mai bună decât variantele complet ceramice.

„În loc să ne concentrăm pe o baterie solidă complet ceramică, trebuie să regândim abordarea. Prin combinarea LLZO cu electroliți pe bază de polimer sau gel, putem îmbunătăți fabricabilitatea, reduce greutatea și menține o performanță ridicată”, a comentat Cheng.

Vă recomandăm să citiți și:

Pentru prima dată în istorie, oamenii pot folosi GPS pe Lună

O tehnologie revoluționară promite să facă realitatea virtuală mai… reală

Un aliaj superelastic care funcționează la temperaturi extreme ar putea ajuta în explorarea spațiului

Inteligența Artificială a creat un microcip „extraterestru” pe care cercetătorii nu-l pot înțelege