Lovitură marca Elon Musk: Super bateria Aluminium-ion de la Tesla ajunge în sfârșit pe piață

Bateriile cu ioni de aluminiu sunt o clasă de baterii reîncărcabile în care ionii de aluminiu servesc drept purtători de sarcină. Aluminiul poate schimba trei electroni per ion, ceea ce înseamnă că inserarea unui ion Al³⁺ este echivalentă cu inserarea a trei ioni Li⁺. Deoarece razele ionice ale Al³⁺ (0,54 Å ) și Li⁺ (0,76 Å) sunt similare, un număr semnificativ mai mare de electroni și ioni Al³⁺ pot fi preluați de catod, cu pierderi minime. Bateriile cu ioni de aluminiu au o densitate energetică de 23,5 MWh/m³, de 50 de ori mai mare decât cea a bateriilor cu ioni de litiu și chiar mai mare decât cea a cărbunelui.

Bateriile cu ioni de aluminiu sunt similare din punct de vedere conceptual cu bateriile litiu-ion, cu excepția faptului că aluminiul este purtătorul de sarcină în loc de litiu. În timp ce tensiunea teoretică pentru bateriile cu ioni de aluminiu este mai mică decât cea a bateriilor litiu-ion, 2,65 V și respectiv 4 V, densitatea energetică teoretică potențială pentru bateriile cu ioni de aluminiu este de 1.060 Wh/kg, mult superioară celei de cel mult 406 Wh/kg pentru bateriile litiu-ion.

Bateriile litiu-ion de astăzi au o densitate mare de putere (încărcare/descărcare rapidă) și o densitate mare de energie (mențin o sarcină mare), dar pot dezvolta dendrite (depuneri de minerale în formă de arbore) care pot crea scurtcircuite și se pot aprinde, în timp ce electrolitul ionic nevolatil și neinflamabil din bateria Al-ion îmbunătățește siguranța acesteia. De asemenea, utilizarea anodului metalic de aluminiu în comparație cu anodul metalic de litiu oferă o siguranță sporită, deoarece primul are o stabilitate mai bună la aer. De asemenea, aluminiul transferă energia mai eficient datorită celor trei electroni ai săi, este mai abundent și costă mai puțin decât litiul, reducându-se costurile materialelor.

În trecut, bateriile cu ioni de aluminiu aveau o durată de viață relativ scurtă, combinația dintre căldură, rata de încărcare și cicluri afectând dramatic capacitatea energetică, iar una dintre principalele probleme era fracturarea anodului de grafit, întrucât atomii de aluminiu sunt mult mai mari decât atomii de litiu.

Baterii în stare solidă sau baterii cu ioni de aluminiu?

O baterie în stare solidă utilizează un electrolit solid pentru a conduce ionii între electrozi în loc de electroliții lichizi sau polimerici în gel care se găsesc în bateriile convenționale. Bateriile în stare solidă oferă teoretic o densitate de energie mult mai mare decât bateriile tipice litiu-ion sau litiu-polimer și pot utiliza litiu metalic pentru anod și oxizi sau sulfuri pentru catod, crescând densitatea energiei. Electrolitul solid acționează ca un separator ideal, permițând doar trecerea ionilor de litiu. Din acest motiv, bateriile în stare solidă pot rezolva potențial multe probleme ale bateriilor Li-ion cu electrolit lichid utilizate în prezent, precum inflamabilitatea, tensiunea limitată, instabilitatea interfeței solid-electrolit, performanța slabă a ciclului de încărcare și rezistența mecanică precară.

De mulți ani, bateriile în stare solidă au fost prezentate ca viitorul vehiculelor electrice. Companii precum Toyota, BMW și Mercedes au investit miliarde în dezvoltarea acestei tehnologii, promițând o densitate energetică, siguranță și durabilitate mai bune. Se aștepta ca bateriile în stare solidă să fie mai ușoare, mai eficiente și capabile să reziste mai mult timp. Dar există o problemă majoră: pur și simplu acestea nu sunt încă nici scalabile, nici accesibile.

În prezent, costul producției pachetelor de baterii în stare solidă este între 80 și 100 de dolari pe kilowatt-oră, dublu față de costul bateriilor litiu-ion. Chiar și în cazul producției în masă, se așteaptă ca acestea să coste cu 70% mai mult, din cauza materialelor din pământuri rare, litiului de înaltă puritate și electroliților specializați.

Noua super-baterie Aluminium-Ion de la Tesla este fabricată din aluminiu și grafen, materiale care sunt de 10 ori mai abundente și mai ieftine. Rezultatul este un cost de producție de doar 10 până la 20 de dolari pe kilowatt-oră, ceea ce ar putea reduce prețurile bateriilor pentru vehicule electrice cu 75%, determinând o răspândire mai rapidă a vehiculelor electrice în întreaga lume.

Principala problemă a bateriilor în stare solidă este costul de producție. Acestea necesită facilități specializate, medii ultra-uscate și inginerie extrem de precisă, implementarea acestei tehnologii fiind un coșmar logistic. În schimb, bateriile cu ioni de aluminiu nu necesită o retehnologizare generală a unității de producție, ceea ce înseamnă că Tesla le poate produce în masă imediat, folosind infrastructura Gigafactory existentă, cu o reechipare minimă. Prin renunțarea la tehnologia solid-state și trecerea directă la aluminiu-ion, Tesla rămâne în fața concurenței, oferind o soluție de baterie mai ieftină, mai rapidă și mai scalabilă. Acest lucru se aliniază perfect cu viziunea lui Elon Musk pentru inovație rapidă și concurență pe piața vehiculelor electrice.

Se așteaptă ca Tesla Model C, cu un preț de 17.999 de dolari, să fie primul vehicul electric care va fi echipat cu această nouă super-baterie cu ioni de aluminiu. Se speră că acest vehicul electric accesibil va domina piața de masă, oferind autonomie lungă și performanțe ridicate fără un preț exorbitant. În prezent, bateriile în stare solidă nu ar putea realiza acest lucru la un asemenea preț.

Una dintre cele mai mari preocupări pentru proprietarii de vehicule electrice este costul înlocuirii bateriei. Deși vehiculele electrice economisesc mii de dolari la combustibil și întreținere, degradarea bateriei este inevitabilă, iar costul înlocuirii unei baterii poate fi uriaș. De exemplu, înlocuirea bateriei unui Tesla Model S costă în jur de 22.000 de dolari, în timp ce înlocuirea bateriei unui Tesla Model Y din 2025 ar putea ajunge până la 115.000 de dolari, aproape prețul unui vehicul nou!

Bateriile cu ioni de aluminiu rezolvă și această problemă. Au o durată de viață incredibil de lungă, putând suporta până la 10.000 sau chiar 15.000 de cicluri de încărcare, respectiv peste 1 milion și jumătate de kilometri fără o degradare vizibilă. Aceasta înseamnă că proprietarii de Tesla ar putea conduce o viață întreagă fără a avea nevoie vreodată de o baterie nouă, eliminându-se necesitatea unor înlocuiri costisitoare.

Timpul de încărcare a fost întotdeauna o provocare pentru proprietarii de vehicule electrice, dar bateriile în stare solidă nu s-au dovedit soluția la care mulți sperau. Chiar și în cele mai bune condiții, încărcarea completă a bateriilor în stare solidă poate dura până la 20 de minute. Bateriile cu ioni de aluminiu au o conductivitate ionică de 1.000 de ori mai mare, ceea ce permite o încărcare ultra-rapidă. De fapt, acestea pot fi încărcate complet în doar 10 minute, fără supraîncălzire sau degradare.

De la începutul producției în masă, prețul vehiculelor electrice a fost determinat de costurile ridicate ale bateriilor. Dar acum, datorită tehnologiei cu ioni de aluminiu, acest lucru este pe cale să se schimbe. Prin reducerea costurilor bateriilor cu 75%, noua tehnologie va face vehiculele electrice mai ieftine și mai accesibile pentru toată lumea, asigurând:

unități mai mici și mai ușoare: bateriile cu ioni de aluminiu se încarcă de șase ori mai repede decât cele în stare solidă, ceea ce înseamnă baterii mai mici, mai ușoare și mai ieftine, dar care oferă cel puțin aceeași autonomie,
performanță mai bună pe vreme rece: bateriile cu ioni de aluminiu funcționează la eficiență maximă la temperaturi de până la -30°C, spre deosebire de bateriile litiu-ion și cele în stare solidă, care își pierd eficiența pe vreme rece,
valoare de revânzare mai mare: deoarece bateriile pe bază de ioni de aluminiu au o durată de viață de peste 1 milion și jumătate de kilometri, vehiculul electric își va păstra valoarea mai mult timp, fără o degradare majoră a bateriei.

În concluzie, bateriile de cu ioni de aluminiu sunt mai ieftine, mai scalabile și pot fi produse mai rapid decât bateriile în stare solidă, care se confruntă cu provocări de producție și costuri ridicate. De asemenea, oferă o încărcare mai rapidă și o durată de viață mai lungă, ceea ce le face o opțiune mai viabilă pentru piața vehiculelor electrice.

Super-bateriile cu ioni de aluminiu Tesla ca mediu domestic de stocare a energiei electrice

În altă ordine de idei, stocarea energiei la domiciliu a reprezentat o provocare majoră, costul sistemelor tradiționale de stocare a energiei fiind adesea prohibitiv. Dar odată cu noua super-baterie cu ioni de aluminiu de la Tesla, totul este pe cale să se schimbe, sistemul revoluționar de stocare asigurând:

eficiență din punct de vedere al costurilor: bateriile pe bază de ioni de aluminiu costă doar între 50 și 100 de dolari pe kilowatt-oră, ceea ce face ca stocarea energiei la domiciliu să fie accesibilă pentru toată lumea,
durată lungă de viață: sistemul are o durată de viață de până la 30 de ani, comparativ cu cei 5-10 ani ai bateriilor în stare solidă,
furnizare mai rapidă a energiei: aceste baterii pot descărca energia de trei ori mai repede, ceea ce le face ideale pentru alimentarea locuinței, chiar și în timpul utilizării la capacitate maximă,
fără pierderi de energie: bateriile cu ioni de aluminiu nu înregistrează aproape nicio pierdere de energie, ceea ce le face ideale pentru stocarea energiei solare.