Bateriile litiu-ion se regăsesc în totul, de la smartphone-uri la automobile, iar deși sunt în general foarte sigure dacă sunt depozitate și încărcate corect, există mii de cazuri documentate în care acestea au luat foc — uneori cu consecințe mortale.
Bateriile litiu-ion conțin electroliți inflamabili — soluții lichide de săruri de litiu dizolvate în solvenți organici care permit circulația sarcinii electrice. Bateriile pot deveni instabile în anumite condiții, precum deteriorarea fizică (de exemplu, perforarea), supraîncărcarea, temperaturile extreme sau defectele de fabricație. Atunci când lucrurile merg prost, bateria se poate încălzi și poate lua foc foarte rapid, intrând într-o reacție în lanț periculoasă numită „scăpare termică” (thermal runaway).
Aviația, unul dintre cele mai expuse domenii la riscul incendiilor
Aviația comercială este deosebit de expusă acestei probleme, din cauza răspândirii dispozitivelor alimentate cu baterii la bordul avioanelor și a pericolului extrem pe care îl reprezintă un incendiu în cabină sau în cala de marfă. În Statele Unite, Administrația Federală a Aviației (FAA) a interzis de mult timp transportul bateriilor litiu-ion de rezervă în bagajele de cală și impune ca toate bateriile aduse în cabină să rămână accesibile. Agenția a înregistrat 89 de incidente cu baterii implicând fum, foc sau temperaturi extreme pe aeronave de pasageri și cargo în 2024 și 38 de incidente în prima jumătate a anului 2025.
Astfel de incidente pot duce la pierderea totală a unei aeronave, precum Airbusul A321 distrus de flăcări în ianuarie, la Busan, în Coreea de Sud. Potrivit anchetatorilor, incendiul a fost probabil declanșat de o baterie externă (power bank) depozitată într-un compartiment de bagaje de deasupra capului, fapt care a determinat unele companii aeriene să interzică aceste dispozitive.
Pericolul se extinde dincolo de avioane: locuințe și afaceri
Însă riscurile asociate scăpărilor termice se extind și la locuințe, în special în cazul incendiilor provocate de bateriile bicicletelor sau trotinetelor electrice, dar și la afaceri de toate tipurile. Un sondaj realizat în 2024 de compania de asigurări Aviva, în rândul a peste 500 de firme din Marea Britanie, a arătat că puțin peste jumătate dintre acestea au experimentat un incident legat de baterii litiu-ion, precum scântei, incendii sau explozii.
Cercetători din întreaga lume lucrează la rezolvarea problemei prin dezvoltarea unor baterii mai sigure, de exemplu prin înlocuirea electrolitului lichid cu unul solid sau sub formă de gel, mai rezistent la foc. Totuși, astfel de soluții necesită modificări semnificative ale liniilor actuale de producție, ceea ce reprezintă un obstacol în calea adoptării pe scară largă, potrivit CNN.
Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Chineză din Hong Kong a propus o modificare a designului bateriilor litiu-ion care ar putea fi integrată rapid în metodele actuale de fabricație, deoarece presupune pur și simplu înlocuirea unor substanțe chimice din soluția electrolitică existentă.
Metoda a fost detaliată la începutul acestui an într-un studiu condus de Yue Sun, în prezent cercetător postdoctoral la Virginia Tech: „Cred că cel mai dificil lucru de înțeles despre baterii este că, atunci când încerci să optimizezi performanța, uneori compromiți siguranța”, a explicat ea, adăugând că îmbunătățirea performanței se concentrează pe reacțiile chimice care au loc la temperatura camerei, în timp ce creșterea siguranței vizează reacțiile care apar la temperaturi ridicate.
„Așa că ne-a venit ideea de a rupe acest compromis prin proiectarea unui material sensibil la temperatură, care să ofere performanțe bune la temperatura camerei, dar și o stabilitate ridicată la temperaturi mari.”
Menținerea temperaturii scăzute
Incendiile bateriilor pornesc, în general, atunci când o parte a electrolitului se descompune sub stres și eliberează căldură într-o reacție în lanț. Designul propus de Sun și colegii săi folosește un nou electrolit care include doi solvenți pentru a opri această reacție în lanț.
La temperatura camerei, primul solvent menține structura chimică a bateriei compactă, optimizând performanța. Dacă bateria începe însă să se încălzească, al doilea solvent preia controlul și previne incendiul prin relaxarea acelei structuri și încetinirea reacțiilor care ar putea duce la o scăpare termică.
În testele de laborator, o baterie cu acest nou design, perforată cu un cui, a înregistrat o creștere a temperaturii de doar 3,5°C (38,3°F), față de un vârf de 555°C (1.031°F) în cazul unei baterii tradiționale. Cercetătorii spun că nu există un impact negativ asupra performanței sau durabilității bateriei, aceasta păstrând peste 80% din capacitate după 1.000 de cicluri de încărcare.
Implementare rapidă și perspective de comercializare
„Din moment ce invenția noastră este electrolitul, acesta poate fi implementat cu ușurință în sistemele comerciale existente — practic, doar înlocuiești electrolitul vechi cu cel nou”, a declarat Yi-Chun Lu, profesor de inginerie mecanică și automatizare la Universitatea Chineză din Hong Kong și unul dintre autorii studiului.
„În procesul de fabricație, cea mai dificilă parte o reprezintă electrozii, adică partea solidă. Electrolitul pe care îl schimbăm este însă un lichid, așa că îl poți injecta direct în celulă fără echipamente sau procese noi”, a adăugat Lu.
Noua formulă chimică ar crește ușor costurile de producție, dar Lu afirmă că, la scară largă, prețul ar fi „la un nivel foarte similar” cu cel al bateriilor actuale. Cercetătorii sunt interesați să ducă ideea spre comercializare și se află în discuții cu producători de baterii pentru a aduce designul pe piață, proces care ar putea dura între trei și cinci ani, potrivit lui Lu.
În teste, cercetătorii au realizat o baterie suficient de mare pentru a alimenta o tabletă, însă Lu a subliniat că este nevoie de mai multă „validare” pentru a extinde designul la dimensiunile necesare, de exemplu, pentru automobile.
Cercetători din domeniul siguranței bateriilor cu litiu, care nu au participat la studiu, au avut opinii pozitive despre această cercetare, atunci când au fost contactați de CNN. Donal Finegan, cercetător principal la Laboratorul Național pentru Energie Regenerabilă din SUA, a declarat într-un e-mail că noul design reprezintă o evoluție interesantă și că acesta se traduce într-o baterie sigură, capabilă să tolereze condiții de temperatură ridicată și scurtcircuite fără a provoca incendii: „Soluția electrolitică aleasă strategic este scalabilă și nu afectează semnificativ durata de viață a bateriei, ceea ce elimină multe dintre barierele în calea adoptării pe scară largă în sistemele comerciale”, a adăugat el.
Studiul a analizat o gamă variată de compoziții ale electroliților și a identificat opțiuni care oferă un echilibru între durata mare de viață a celulelor și stabilitatea la temperaturi ridicate, potrivit lui Gary Koenig, profesor de inginerie chimică la Universitatea din Virginia. „Din perspectiva producției, implementarea unui nou electrolit poate fi realizată într-un interval relativ scurt, atâta timp cât nu apar probleme neprevăzute de compatibilitate a proceselor”, a precizat el într-un e-mail.
Jorge Seminario, profesor de inginerie chimică la Universitatea Texas A&M, a afirmat într-un e-mail că noul design abordează una dintre cele mai critice provocări ale bateriilor litiu-ion de mare energie, și anume obținerea simultană a siguranței și performanței: „Studiul este extrem de inovator și de impact, oferind o soluție practică la un blocaj major în ceea ce privește siguranța bateriilor litiu-ion”, a concluzionat acesta.
Comentează