Acuzat: Viitorul bateriilor

Înainte de a vă face cafeaua de dimineață, vă conectați mașina la priză. În momentul în care cafeaua este pregătită, încărcătura mașinii trece de la zero la 100, gata pentru sute de kilometri în care veți sta pe spate și veți fi condus la întâlnirile de afaceri. Acest scenariu este o realitate incipientă care rezultă din recentele descoperiri în domeniul tehnologiei bateriilor. De la vehiculele electrice (EV) la smartphone-uri și stocarea la scară largă, ajustările și alternativele la modelul actual de baterie de top, litiu-ion (Li-ion), au câștigat teren. 

Ce se întrevede la orizont?
Există o listă din ce în ce mai mare de noi tehnologii care ar putea debloca viitorul bateriilor - unele mai viabile decât altele. O îmbunătățire a bateriilor pe bază de litiu este dezvoltarea a ceea ce se numește baterii Li-ion cu stare solidă, dintre care cele mai promițătoare utilizează grafenul. Această tehnologie oferă o stabilitate superioară, o durată de stocare mai mare și viteze de încărcare mult îmbunătățite. Samsung a anunțat că dezvoltă o baterie pe bază de grafen care are potențialul de a crește capacitatea bateriei cu aproape 50% și de a crește viteza de încărcare cu 500%, până la aproximativ 12 minute pentru o încărcare completă. Implicațiile sunt, de asemenea, promițătoare pentru piața vehiculelor electrice, unde bateriile cu grafen ar putea oferi viteze de încărcare similare cu cele ale smartphone-urilor și o autonomie de 500 km.
O modificare inovatoare a actualelor baterii cu litiu utilizează nisip în loc de grafit pentru a obține rezultate de trei ori mai bune decât bateriile tradiționale cu litiu. Deoarece folosesc nisip, acestea sunt, de asemenea, semnificativ mai ieftine de produs și sunt non-toxice și ecologice.
O altă soluție ecologică este apa. Bateriile cu flux de lichid folosesc apa cu pH neutru pentru a stoca energie pe perioade lungi de timp și pot fi folosite și pentru a genera energie. O companie din Australia lucrează la crearea celei mai mari baterii din lume folosind un lac natural și un sistem de turbine și tuneluri. Producătorii de smartphone-uri văd, de asemenea, un potențial în utilizarea acestei tehnologii pentru aplicații la scară mică.
Bateriile cu ioni de sodiu sunt un alt concurent demn de luat în seamă. Aceste baterii cu sare ar putea fi de până la șapte ori mai eficiente decât omologul lor Li-ion. Deși comercializarea lor este încă la un deceniu distanță, bateriile pe bază de sare ar putea înlocui complet bateriile cu litiu, deoarece ar fi mult mai ieftine de produs, oferind în același timp performanțe mai bune.
Alte tehnologii care sunt cercetate și dezvoltate în mod activ pentru baterii includ fotosinteza, nanofirele de aur, pilele de combustie, bateriile solare, bateriile din spumă și bateriile purtabile.

Care este situația astăzi?

Fiind deja cel mai mare cumpărător de baterii Li-ion, Tesla este pe cale să devină cel mai mare producător datorită fabricilor Tesla Gigafactories. Prima - în Nevada, SUA - va produce baterii Li-ion, de care Tesla are nevoie de aproximativ echivalentul ofertei mondiale actuale. Fabrica este un proiect comun al Tesla și al companiei japoneze Panasonic, iar până în 2020, Tesla speră să producă baterii la mai puțin de $100 pe kWh. Reducerea costului bateriilor Li-ion înseamnă stimularea utilizării surselor alternative de energie, iar CEO-ul Elon Musk intenționează să construiască multe alte Gigafactories în viitorul apropiat. Pentru propunerea de fabricare a gigafabricii Tesla în Europa, acesta ar fi luat în considerare, printre altele, Republica Cehă și Finlanda.
Printre cei mai cunoscuți furnizori de baterii se numără Samsung și LG Chem, dar China se află imediat după ei. Din cauza amplorii cererii preconizate - un rezultat al evoluției vehiculelor electrice și a sistemelor de stocare - cererile de producție de celule de baterii au fost fără precedent. În ultimii trei ani, capacitatea de fabricare a celulelor de baterii a crescut de mai mult de două ori, în mare parte datorită producției de celule din China, care deține deja o cotă mai mare din producția globală decât cea a Japoniei.
Un adversar pe măsură poate fi găsit chiar în Republica Cehă: HE3DA Ltd. Un inovator autoproclamat în cercetarea aplicată și comercializarea tehnologiilor de baterii, HE3DA utilizează viteza mare de încărcare și descărcare a bateriilor bazate pe nanotehnologie; după numeroase teste, cercetătorii au găsit o modalitate de a crește siguranța bateriilor și de a reduce costurile de producție cu aproximativ 1/20 din norma actuală.
HE3DA s-a asociat cu European Metals, care deține drepturi de explorare în jurul satului ceh Cínovec. Locul este atât de bogat în litiu încât ar putea însuma aproximativ 3% din stocul global de litiu, ceea ce îl face cea mai mare resursă din Europa. Datorită apropierii sale de granița cu Germania, a tradiției îndelungate în minerit și a ratei ridicate a șomajului, a atras mulți producători. Daimler, proprietarul Mercedes-Benz, își construiește a doua fabrică de baterii de litiu într-un oraș german aflat la numai 90 km de sat.

Conducerea viitorului
Concurența pentru bateria perfectă este cea mai răspândită în domeniul auto. Potrivit analiștilor, vehiculele electrice vor reprezenta o industrie globală de $240 miliarde de euro până în 2040 și vor reprezenta până la 40% din achizițiile globale de vehicule în 20 de ani. Altfel spus, 40 de milioane de EV-uri vor fi vândute anual chiar dacă piața globală de vehicule va înregistra o creștere zero.
În prezent, vehiculele electrice funcționează în principal cu baterii reîncărcabile Li-ion. Densitatea energetică ridicată a acestora asigură o durată de viață suficientă pentru majoritatea vehiculelor electrice și sunt din ce în ce mai accesibile. Cu toate acestea, bateriile Li-ion sunt, de asemenea, relativ fragile, sensibile la temperatură și, deși se laudă cu o durată de viață mare, se poate observa o deteriorare treptată aproape imediat, chiar și după o utilizare zero.
O soluție ar putea fi înlocuirea fluidului cu un solid. Electrolitul fluid din ionii de litiu actuali permite particulelor încărcate să treacă prin el. Anumite solide permit, de asemenea, acest lucru, dar nu la viteza necesară pentru dispozitivele de mare putere. Cu toate acestea, Toyota a afirmat că, până în 2020, va lansa un nou vehicul electric care va fi alimentat de o baterie cu litiu solid. În cazul în care această formă solidă a bateriei ar deveni realitate, ar anula riscul de arsură și ar deschide ușile către un anod complet metalic, care oferă o capacitate energetică mai mare. Acest lucru ar fi revoluționar.
Există, de asemenea, posibilitatea ca domnia bateriilor să ia sfârșit, companii precum General Motors (GM), Toyota, Volkswagen și chiar UPS dezvoltând vehicule electrice pe bază de hidrogen, care depășesc autonomia altor vehicule electrice la fiecare realimentare. Hidrogenul oferă energie curată, singurele produse finale fiind căldura și apa. Un vehicul electric cu pile de combustie pe bază de hidrogen are un motor electric, dar produce electricitate la bord din combustibilul de hidrogen stocat. Cu toate acestea, colectarea hidrogenului este problematică: acesta trebuie presurizat și depozitat în rezervoare mult mai mari decât un rezervor de benzină echivalent din punct de vedere energetic și necesită mult timp. Prin urmare, este imperios necesar să se facă progrese suplimentare pentru a propulsa această tehnologie.