Revista >> Octombrie 2016 [ Nr. 188] >> Cover Story

Viitorul bateriilor litiu-ion prinde viaţă la ICSI Rm. Vâlcea

Alexandru Batali

27 Octombrie 2016

Este demn de subliniat faptul că grupul de cercetători din cadrul ROM-EST este format în foarte mare măsură din persoanele care au lucrat la elaborarea proiectului, având astfel posibilitatea de a gândi de la zero şi de a alege infrastructura necesară pentru dezvoltarea unui domeniu complet nou pentru cercetarea din România. Drept consecinţă, ROM-EST se poate mândri cu o infrastructură completă de sinteză şi caracterizare a materialelor, precum şi de producere şi testare a bateriilor obţinute, unică în această parte a Europei, prin acoperirea întregului spectru de activităţi necesare dezvoltării de noi soluţii de stocare electrochimică, fapt ce asigură independența procesului de cercetare, în mod evident fără a elimina deschiderea către colaborări cu parteneri exteriori.

Echipa de cercetători care dă substanţă proiectului ROM-EST este formată în principal din tineri cu vârsta medie în jur de 30 de ani şi completată de câteva persoane cu experienţă bogată. O mare parte dintre aceştia sunt persoane ce au avut stagii de cercetare, de doctorat sau postdoctorat de lungă durată în afara ţării şi care au preferat să revină în cadrul Institutului pentru a se alătura unui proiect tânăr, dar în acelaşi timp foarte flexibil, genul de proiect atrăgător pentru tânăra generaţie de cercetători – high risks, high rewards. Bineînţeles, echipa este în continuă evoluţie, având în momentul de faţă un nucleu cristalizat, dar care îşi doreşte să fie mereu deschis către caractere şi idei noi, ce ajută la lărgirea orizontului de cunoaştere, evitarea plafonării şi stagnării.

Infrastructura unică

Designul bateriilor (coin, cilindrice 18650 şi pouch) este dictat de infrastructura completă din cadrul laboratorului de tip clean-room: mixere speciale destinate preparării amestecurilor pentru electrozi (Tri-Shaft Planetary Vacuum Mixer with Vacuum Pump and Water chiller); sistem compact de depunere (față, față-verso) cu posibilitatea stabilirii grosimii stratului depus, pentru realizarea electrozilor (Compact Electrode Coating Machine); echipamente speciale de profilare a electrozilor (Slit and Cutter machine - TSSW 2000; Semi-Automatic Die Cutter of Electrodes for Stacking Pouch Cell, Precision Die Cutter for Pouch Cell electrode Sheet); o presă ce stabileşte uniformitatea şi porozitatea finală a electrozilor (3t Roll Press Machine – TH3000A); sisteme de sudare cu ultrasunete şi în puncte, pentru ataşarea colectorilor de curent (Desk-Top 800W Ultrasonic Metal Welder, 40KHz - MSK-800W); sistem semi-automat de realizare a ansamblului electrozi-separator, aşa-numitul “jelly roll” pentru bateriile cilindrice 18650 (Semi-automatic winding machine – THK1); echipamente speciale de profilare a carcaselor pentru bateriile de tip pouch (Pouch Cell Case/Cup Forming Machine for Aluminum-Laminated Film); sisteme de injecţie automată a electrolitului (Electrolyte Diffusion & Degassing Chamber for Profe-ssional Li-on Battery Research); echipamente speciale de sigilare a bateriilor (Compact Vacuum Sealer with KF40 Feedthrough to Glovebox for Preparing Pouch Cell; Electric Coin Cell Crimping Machine for CR20XX button cells) şi un Sistem Glove Box cu atmosfera controlată de argon, pentru umplerea cu electrolit şi sigilarea finală a bateriilor.

În ceea ce priveşte sistemele de testare a bateriilor din cadrul ROM-EST, Sistemul de testare baterii (Battery tester - Solartron 1470E Multi-Channel) permite un spectru larg de teste pentru diferite tipuri de baterii, celule de combustie, supra- şi ultracapacitori şi celule electrochimice; este upgradat cu un modul FRA mono-canal pentru măsurători de impedanţă în funcţie de frecvenţă, în domeniul 1mHz - 100 kHz, care poate opera în potenţial sau curent, în funcţie de tipul de caracterizare dorit. Adiţional, sistemul este echipat cu 8 canale separate de măsurat temperatura cu ajutorul unor termocupluri de tip E, J, K sau T. Acest lucru este important, în special în cazul supraîncălzirii bateriilor la încărcare / descărcare în regim rapid de curent (în cazul bateriilor de tip pouch). Sistemul de achiziţie date este ultrarapid şi permite achiziţionarea a 10 000 date pe secundă, atât în regim continuu, discret sau pulsatoriu, în special pentru tipul de caracterizări ohmice.

Primele cercetări, primele rezultate, prima baterie
Grupul de cercetare care reprezintă Laboratorul de baterii a făcut deja primii pași notabili. Performanţele primei baterii Li-ion 18650 cu material activ LMO, asamblată în cadrul ROM-EST, sunt surprinzător de bune în ceea ce priveşte capacitatea specifică, eficiența coulombică, stabilitatea termică şi durata de viaţă > 2000 cicluri. Rezultatele obţinute până în prezent sunt în concordanţă cu studiile de specialitate în domeniu, care indică gradul ridicat de instabilitate a interfeţei electrod - electrolit, în special în cazul catodului, datorită segregării fazei LiOx la interfaţa cu electrolitul în defavoarea stoichiometriei iniţiale, rezultând în scăderea capacităţii de încărcare - descărcare a bateriilor de tipul LMO. Aceste prime rezultate s-au dovedit a fi un excelent promotor pentru cunoaşterea fundamentală a proceselor care au loc în sistemele electrochimice de stocare a energiei de tip Li-ion propuse.