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

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

Alexandru Batali

27 Octombrie 2016

Rezultatul este o perspectivă încrezătoare şi asertivă, ce rezonează în acord perfect cu viziunea grupurilor de cercetare cu preocupări în domeniul materialelor cu aplicaţii în dezvoltarea de electrozi pentru bateriile Li-ion. Însă, cel mai important este să atingi acel prag economic viabil legat de costul de producţie (în special al materialelor - nanomaterialelor) şi performanţele bateriilor de tip Li-ion cuantificate prin parametri cum ar fi tensiunea la borne, capacitatea de stocare, densitatea de energie, puterea specifică, siguranţa şi fiabilitatea pentru mii de cicluri rapide de încărcare/descărcare şi timpul de viaţă.

Cercetările în curs de desfăşurare au ca obiectiv optimizarea rezultatelor obţinute folosind o metodă inovativă de procesare la scară nano ce constă într-un singur pas de măcinare a materialului activ (LMO) cu nanotuburi de carbon functionalizate cu grupări carboxilice pentru a obţine LMO cu suprafaţă şi activitate chimică ridicate. Flexibilitatea structurală, suprafaţa specifică mare, rezistența mecanică mare şi conductivitatea electronică superioară celorlalte materiale, toate acestea pot alcătui o reţea conductivă 3D pentru LMO, ce măreşte contactul electric dintre particule şi îmbunătăţeşte performanţele electro - chimice ale LMO. Această abordare este simplă, fezabilă şi potrivită pentru suprafeţe mici (preferabil baterii de tip coin sau pouch), abordare des întâlnită în studiile de specialitate doar la nivel de testare a materialelor obţinute, nu ca integrare a acestora în celule electrochimice reale, urmată de testare. Trecerea la suprafeţe active specifice mari (~ 700cm²), cazul bateriilor cilindrice 18650, prezintă însă probleme de agregare uşoară şi dispersie scăzută a nanotuburilor de carbon, respectiv grafenelor în solvenţii uzuali, datorită naturii hidrofobe, fapt ce minimizează avantajele acestora. Prin acest concept inovativ de fabricare, este de aşteptat o îmbunătăţire per ansamblu a performanţelor bateriei, în special a retenţiei capacitive şi a duratei de viaţă la ciclare.

O altă abordare constă în folosirea LFPO ca material de catod şi obţinerea de reţele poroase interconectate conductive, contribuind astfel la îmbunătăţirea stabilităţii chimice a LFPO prin consumarea produsului HF creat în urma contaminării cu umiditate a electrolitului în bateriile cilindrice 18650 şi pouch.

Beneficiarii și câştigurile
Beneficiile proiectului ROM-EST nu sunt imediate. Pe termen scurt este urmărită o coagulare a masei critice necesare validării domeniului stocării energiei drept pilon de bază pentru cercetare şi industrie la nivel naţional şi european. Pe termen lung, în mod evident principalii beneficiari ar putea fi companiile mici şi mari din domeniul energetic, producătorii şi integratorii de device-uri electronice ce folosesc baterii, precum şi industria auto ce pare să se îndrepte în mod ireversibil spre eliminarea motoarelor cu ardere internă şi deci spre vehicule electrice şi cu hidrogen. A avea cercetare la nivel avansat în domeniul bateriilor în România este în mod indubitabil un beneficiu pentru vizibilitatea ţării la nivel mondial într-un domeniu ce se anunţă a fi unul dintre cele mai importante pentru viitor. Dezideratul ICSI Rm. Vâlcea este ca la sfârşit principalul beneficiar să fie utilizatorul final, ce va putea să-şi îmbunătăţească calitatea vieţii folosind produse ce înglobează tehnologii dezvoltate în cadrul ROM-EST.

Activitatea de cercetare, susţinută de infrastructura existentă, se concentrează pe abordarea unei probleme specifice din lumea reală, oferind suport mediilor universitare, companiilor producătoare de baterii, institutelor de cercetare care nu dispun de resurse de cercetare la nivel proof of concept, prin posibilitatea integrării materialelor investigate la nivel naţional şi chiar internaţional în modele realiste de baterii „de tip Li-ion – coin, cilindrice 18650 şi pouch”, testării şi validării performanţelor obţinute.
Laboratorul este un excelent promotor şi susţinător al diverselor studii din cercetarea ştiinţifică din domeniu şi, de asemenea, al studiilor realizate de companii high-tech active în domeniul stocării energiei, legate de potenţialul deosebit al noilor materiale nanostructurate şi multifuncţionale, contribuind astfel la mai buna înţelegere a relaţiei dintre proprietăţile electrochimice, morfologia materialelor şi performanţa bateriilor de tip Li-ion.