Un studiu realizat de BAM arată că analiza izotopilor de litiu din bateriile litiu-ion poate identifica mult mai precis procesele de îmbătrânire, oferind posibilitatea unor diagnostice timpurii care pot influența durabilitatea și serviciile post-vânzare pentru vehiculele electrice în Europa.
Bateriile litiu-ion utilizate pe scară largă în vehiculele electrice (EV) și staționare se confruntă, de-a lungul exploatării, cu procese de degradare complexe, dificil de distins prin metode tradiționale. Un grup de cercetare de la Institutul Federal pentru Cercetare și Testare a Materialelor (BAM) din Germania a demonstrat că distribuția izotopilor de litiu într-o celulă oferă informații directe despre mecanismele de uzură, informații care nu pot fi obținute cu tehnologia convențională de diagnostic.
Concret, echipa condusă de Carlos Abad și Beatrice Battistella a analizat modul în care izotopii naturali de litiu – litiu-6 și litiu-7 – se redistribuie în timpul ciclurilor de încărcare-descărcare. Metoda, detaliată într-o publicație de specialitate, folosește raportul inițial de 2,4% litiu-6 și 97,6% litiu-7 prezent în orice baterie nouă. Cercetătorii au descoperit că, deja după primele cicluri, litiu-6 începe să se acumuleze la anod (de obicei grafit), iar după 280 de cicluri efectul devine pronunțat, litiu-7 crescând în mod semnificativ la catodul NMC (nichel-mangan-cobalt). Aceste modificări sunt corelate cu scăderea capacității bateriilor analizate.
Pentru detectarea acestui “amprentări izotopice”, cercetarea a folosit spectrometrie de masă de înaltă rezoluție, realizând o cartografiere strat-cu-strat a distribuției izotopilor pe adâncimea electrodului. Metoda permite astfel stabilirea momentului și locului unde procesul de degradare a început și s-a intensificat. Studiul a fost efectuat în colaborare cu parteneri din Marea Britanie și Germania, reflectând caracterul european al acestei inițiative științifice.
Importanța practică devine evidentă în contextul pieței europene de vehicule electrice, unde bateriile NMC-graphite sunt standard în modele populare ale unor mărci precum Volkswagen, BMW și Renault. Diagnosticarea exactă a degradării ar putea servi nu doar producătorilor și service-urilor pentru a gestiona mai eficient garanțiile și întreținerea, ci și consumatorilor, oferind transparență cu privire la starea de sănătate a bateriei.
Potrivit BAM, metoda identifică degradarea înainte ca pierderea de capacitate să devină vizibilă în exploatarea curentă. Această precizie are potențial să sprijine respectarea cerințelor din noul Regulament european privind bateriile (EU 2023/1542), care pune accent pe sustenabilitate, trasabilitate și raportare pe tot ciclul de viață al bateriei. Mai mult, în scenariul de reutilizare sau reciclare a bateriilor (second-life), instrumente de acest fel pot determina exact momentul optim pentru schimbare sau repunere în uz.
În practica actuală, diagnosticele se bazează aproape exclusiv pe monitorizarea scăderii capacității și a creșterii rezistenței interne. În schimb, analiza izotopică propusă de BAM poate distinge uzura provocată de migrația litiului față de alte fenomene. Dezvoltarea tehnologiei către instrumente mai puțin invazive ar putea transforma monitorizarea stării de sănătate a bateriilor în etapa de utilizare, cu implicații directe pentru durata de viață, experiența utilizatorului și valoarea pe piața secundară.
Astfel, introducerea diagnosticelor izotopice răspunde atât nevoilor operaționale ale industriei auto europene, cât și exigențelor reglementărilor UE pe linia eficienței, siguranței și gestionării resurselor. Într-un sector care urmărește să crească durata de viață a bateriilor și să reducă risipa, astfel de inovații pot schimba modul în care flotele, dealerii și posesorii individuali de vehicule electrice vor anticipa, preveni și aborda degradarea acumulatorilor.