Bateriile reprezintă unul dintre cele mai mari impedimente în calea adoptării în masă a vehiculelor electrice. Dar ce-ar fi dacă nu doar ar dura mai mult, ci s-ar și autorepara?
Aceasta este viziunea care motivează cercetători precum Johannes Ziegler și Liu Sufu, care lucrează la transformarea sa în realitate.
Vânzările de vehicule electrice în Europa au crescut vertiginos, cu până la 20% în februarie comparativ cu aceeași lună a anului 2024. Acestea sunt esențiale pentru electrificarea transportului în UE și pentru reducerea emisiilor de carbon care dăunează planetei, dar drumul lor nu este lipsit de provocări.
Majoritatea vehiculelor electrice se bazează pe baterii cu litiu-ion, similare cu cele din telefoanele noastre, dar mai mari și mai complexe. O baterie pentru vehicule electrice conține zeci de kilograme de metale valoroase – litiu, nichel și cupru – și trebuie să dureze peste zece ani, în concordanță cu durata de viață preconizată a unui vehicul electric.
Pentru a soluționa această provocare, o echipă de cercetători s-a reunit în cadrul unei inițiative finanțate de UE, denumită PHOENIX, cu scopul de a dezvolta baterii care să se poată reface singure. Obiectivul echipei este să prelungească durata de viață a bateriilor, să le facă mai sigure și să reducă nevoia de noi metale pentru baterii.
„Ideea este de a crește durata de viață a bateriei și de a-i reduce amprenta de carbon, deoarece se poate autorepara și, prin urmare, sunt necesare mai puține resurse per total”, spune Ziegler, cercetător științific în domeniul materialelor la Institutul Fraunhofer pentru Cercetarea Silicaților ISC din Germania.
În 2023, UE a identificat 34 de materiale ca fiind critice, inclusiv metalele pentru baterii, cum ar fi litiul, nichelul, cuprul și cobaltul.
Proiectul PHOENIX este denumit după pasărea mitică ce se înalță din propria cenușă – un simbol cât se poate de nimerit pentru renașterea și reînnoirea pe care cercetătorii speră să le realizeze în tehnologia bateriilor.
Miza este mare. Legislația UE impune ca toate autoturismele și camionetele noi vândute după 2035 să genereze zero emisii. Obiectivul urmărit este reducerea semnificativă a emisiilor de gaze cu efect de seră în sectorul transporturilor.
Pentru îndeplinirea acestui obiectiv, mașinile electrice vor avea nevoie de baterii mai bune.
Senzori și declanșatori
Orice deținător de smartphone cunoaște frustrarea cauzată de baterii: după câțiva ani, durata lor de viață scade vertiginos. Aceeași problemă afectează și vehiculele electrice, însă la o scară mai largă.
Cauza este degradarea unor părți ale bateriei în urma încărcărilor și descărcărilor repetate.
Oamenii de știință din Belgia, Elveția, Germania, Italia și Spania colaborează la conceperea unor senzori care să detecteze modificările dintr-o baterie cu litiu-ion odată cu învechirea acesteia și să declanșeze autorefacerea bateriei atunci când este necesar.
Scopul este dublarea duratei de viață a bateriilor și, prin extensie, a duratei de viață a vehiculelor electrice.
În prezent, sistemele de gestionare a bateriilor (BMS) – „creierul” bateriei – monitorizează tensiunea și temperatura unei baterii pentru a se asigura că nu se supraîncălzește și nu cauzează probleme de siguranță.
„Actualmente, ceea ce captează senzorii este foarte limitat, în general, temperatura, tensiunea și curentul. Pe lângă faptul că oferă o estimare a disponibilității energiei rămase, oferă și siguranță”, spune Yves Stauffer, inginer la Centrul Elvețian pentru Electronică și Microtehnologie (CSEM), un centru de inovare care dezvoltă tehnologii disruptive. Stauffer conduce cercetările privind BMS.
Echipa PHOENIX își propune să meargă mai departe prin introducerea de senzori și declanșatori avansați. Unii dintre aceștia vor detecta când bateria se dilată, alții vor genera o hartă termică și alții vor supraveghea gazele periculoase, cum ar fi hidrogenul și monoxidul de carbon.
Toți acești senzori vor oferi un sistem de avertizare timpurie cu privire la sănătatea bateriei.
Atunci când sistemul de gestionare a bateriei decide că este necesară repararea, se activează refacerea. Aceasta ar putea însemna, de exemplu, presarea bateriei pentru revenirea la starea inițială sau aplicarea țintită de căldură pentru a declanșa mecanisme de autoreparare în interior.
„Ideea este că, sub tratament termic, unele legături chimice unice vor reveni în starea anterioară”, spune Sufu, chimist în domeniul bateriilor la CSEM și care lucrează și la proiectul PHOENIX.
O altă abordare pentru autorefacere utilizează câmpuri magnetice pentru scindarea dendritelor – structuri metalice ramificate care se formează pe electrozii bateriilor în timpul încărcării și care pot provoca scurtcircuite și defecțiuni.
Mărimea contează
Cercetătorii PHOENIX au ca obiectiv, de asemenea, creșterea autonomiei vehiculelor electrice și reducerea dimensiunii bateriilor.
„Încercăm să dezvoltăm baterii de generație viitoare, cu o densitate energetică mai mare”, spune Sufu. Astfel, vehiculul electric ar necesita o baterie mai mică, ceea ce l-ar face mai ușor și i-ar permite să parcurgă o distanță mai mare cu o singură încărcare.
O strategie este înlocuirea grafitului, materialul folosit la creioane, cu siliciul, care se situează undeva între metale și nemetale.
Potrivit lui Sufu, siliciul nu este adoptat la scară largă în bateriile comerciale actuale, parțial deoarece este mai puțin stabil și volumul său se poate expanda cu până la 300% în timpul încărcării și descărcării. Cu siliciu înăuntru, o baterie ar trebui să poată supraviețui acestor schimbări drastice sau să se autorepare.
În martie 2025, a fost dezvoltat un nou lot de prototipuri de senzori și declanșatori, care a fost livrat partenerilor pentru testare pe celule de baterie tip „pungă”– baterii cu litiu-ion flexibile, ușoare și plate.
Însă, deși încărcarea unei baterii cu senzori este excelentă pentru obținerea de informații despre starea sănătății sale, crește și costul. Prin urmare, echipa se concentrează pe identificarea tehnologiilor care oferă suficiente beneficii pentru a justifica costul vehiculelor electrice.
Oricare va fi abordarea prevalentă, aceasta va facilita creșterea duratei de viață și a autonomiei vehiculelor electrice, cu baterii mai sigure, mai compacte și mai puțin consumatoare de resurse.
De asemenea, prelungirea duratei de viață a bateriilor va reduce amprenta de carbon a vehiculelor electrice, oferind beneficii atât pentru consumatori, cât și pentru mediul înconjurător.
„Prelungirea duratei de viață a bateriilor și lucrul la vehiculele electrice sunt captivante”, spune Ziegler. „Toate acestea implică reunirea elementelor într-un întreg.”
Articol scris de Anthony King
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE. Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.
Mai multe informații