O echipă de cercetare de la Universitatea Hanyang a stabilit că o grosime minimă de 2,5 nanometri pentru stratul de oxid de litiu-niobiu (LNO) este esențială pentru protejarea catodului în bateriile solide cu electrolit pe bază de sulfură. Aceste rezultate oferă un reper tehnic cheie pentru dezvoltarea viitoarelor baterii solide destinate vehiculelor electrice, un domeniu de interes strategic major pentru industria auto europeană.
Un studiu recent publicat de Universitatea Hanyang relevă o descoperire importantă pentru tehnologia bateriilor solide folosite la vehicule electrice: grosimea minimă a stratului de protecție LNO necesar pentru catodul NCM811 este de 2,5 nanometri. Cercetarea, coordonată de profesorul Tae Joo Park, aduce pentru prima dată o valoare cantitativă pentru această barieră, completând datele fragmentare existente anterior în literatură.
Bateriile solide cu electrolit pe bază de sulfură sunt considerate următoarea etapă în evoluția bateriilor pentru EV, datorită siguranței superioare și densității energetice crescute comparativ cu variantele actuale cu electrolit lichid. Totuși, una dintre provocările tehnice majore constă în reacțiile la interfața catodului – electrolitului, unde apar produși secundari care scad durata de viață a celulei. Stratul subțire de LNO acționează ca barieră de difuzie, iar studiul Hanyang demonstrează că doar o grosime optimă de 2,5 nm reușește să elimine efectiv aceste reacții secundare, fără a sacrifica semnificativ capacitatea inițială a celulei.
Echipa coreeană a comparat trei grosimi de acoperire – 1,0 nm, 2,5 nm și 5,0 nm – utilizând o metodă precisă de depunere atomică pe pulbere (ALD). Stratul de 1,0 nm a oferit cea mai mare capacitate inițială, 229 mAh/g, însă durata de viață a fost cu 28% mai scurtă, iar rezistența interfeței cu 59% mai mare decât la stratul de 2,5 nm. Analizele spectroscopice au confirmat că doar la 2,5 nm reacțiile adverse au fost suprimate eficient. Pentru stratul și mai gros, de 5,0 nm, capacitatea a scăzut la 207 mAh/g, fără îmbunătățiri suplimentare semnificative privind ciclul de viață.
Față de o celulă fără acoperire de LNO, stratul optim de 2,5 nm a dus la o creștere cu 43% a duratei de viață a bateriei și o reducere cu peste jumătate a rezistenței interfeței. Astfel, ingineria precisă la nivel nanometric devine decisivă pentru funcționarea fiabilă a viitoarelor baterii solide, ridicând ștacheta pentru standardele de producție.
În context european, aceste rezultate sunt de interes major, având în vedere că fabricile de baterii din UE și partenerii din industria auto (cum ar fi Northvolt, Verkor, Volkswagen sau Stellantis) investesc masiv în dezvoltarea bateriilor solide pentru a răspunde cerințelor stricte privind siguranța și sustenabilitatea prevăzute de regulamentul UE 2023/1542. Adoptarea pe scară largă a tehnologiilor ASSB (solid-state battery) cu acoperiri nanometrice precum LNO ar putea ajuta producătorii să atingă țintele pentru 2035 privind durabilitatea și reciclarea bateriilor, eliminând riscurile asociate lichidelor inflamabile și simplificând procesele de reciclare.
Pe piața europeană și implicit cea din România, nu există încă vehicule electrice echipate cu baterii solide cu sulfuri. Totuși, cu numeroase proiecte pilot lansate de mari jucători europeni și globali (Toyota, Nissan, BMW, Volkswagen), se anticipează primele lansări comerciale la finalul deceniului. Pentru furnizorii și cercetarea locală, transferul de know-how privind acoperirile de tip LNO poate reprezenta un vector strategic de dezvoltare, facilitând integrarea în lanțul valoric european emergent al bateriilor solide.
Din punct de vedere tehnic, această descoperire clarifică o zonă esențială pentru optimizarea ASSB: nicio barieră sub 2,5 nm nu oferă echilibru între capacitate, rezistență interfacială și longevitatea ciclurilor de încărcare-descărcare, iar depășirea acestei valori spre grosimi mai mari nu aduce beneficii suplimentare semnificative, ci reduce chiar energia stocată. Cu NCM811 fiind deja prezent în unele baterii de EV comercializate în Europa (deși fără LNO pentru ASSB), implementarea acestor coatinguri va pune bazele unei noi generații de baterii pentru EV, superioare la siguranță, durată de viață și compatibilitate cu reglementările UE.
Integrarea pe scară gigafactory a acestui tip de depuneri pe bază de pulbere ALD rămâne încă o provocare, dar este o direcție prioritară pentru cercetare și industrie. Totodată, aceste rezultate pot deveni o referință pentru evaluarea viitoarelor tehnologii de electrozi și pentru politici de sprijin în cadrul programelor europene de finanțare R&D dedicate bateriilor curate și competitive.