Faceți loc litiului: bateriile cu aluminiu și sulf declanșează o revoluție energetică

• În ianuarie 2024, un studiu publicat în Nature Communications a raportat o baterie aluminiu-sulf care funcționează la 85 °C cu un electrolit de cloruralumină topită, păstrând 85,4% din capacitate după 1.400 de cicluri la 1C.
• Prototipul de baterie cu ioni de aluminiu de la Stanford din 2015 a folosit un anod de aluminiu și un catod de grafit, permițând încărcare ultra-rapidă (aproximativ un minut) și peste 7.500 de cicluri la circa 2 V.
• În 2014, Phinergy a demonstrat o mașină care putea parcurge aproximativ 1.100 de mile folosind baterii aluminiu-aer.
• Bateriile aluminiu-aer oferă aproximativ de trei ori densitatea energetică pe greutate față de bateriile litiu-ion.
• În ianuarie 2023, Laboratorul Național Argonne a demonstrat celule Li–S cu un interstrat redox-activ care a eliminat aproape complet efectul de navetă și a permis peste 700 de cicluri.
• Celulele litiu-sulf au demonstrat densități energetice de aproximativ 400–500 Wh/kg în laboratoare, iar proiectul SABERS al NASA vizează circa 500 Wh/kg pentru aviația electrică.
• În august 2022, Donald Sadoway de la MIT a prezentat o baterie aluminiu-sulf cu anod de aluminiu și catod de sulf, folosind electroliți cu săruri topite pentru a permite funcționarea sigură și cu costuri reduse.
• În octombrie 2024, Lyten a anunțat planuri de a construi prima gigafabrică de baterii Li–S din lume în Nevada, vizând 10 GWh/an până în 2027.
• În martie 2025, Theion a strâns 15 milioane € pentru a scala celulele Li–S cu sulf cristalin, susținând o densitate energetică triplă față de Li-ion, o treime din cost și o treime din emisiile de CO₂, cu planuri de a trece de la celule tip monedă la celule tip pouch mai mari.
• În 2023, Phinergy și Indian Oil Corporation au prezentat primul vehicul din India alimentat cu baterie aluminiu-aer, semnalând potențialul de implementare pe piață.

Imaginează-ți baterii fabricate din folie obișnuită de aluminiu și pulbere de sulf, alimentând totul, de la locuințe la mașini electrice, la o fracțiune din costurile de astăzi. Bateriile pe bază de aluminiu și sulf apar ca alternative promițătoare la celulele tradiționale litiu-ion, oferind potențialul tentant de stocare a energiei mai ieftine, mai sigure și mai sustenabile. În acest raport, analizăm ce sunt aceste baterii cu aluminiu și sulf, cum funcționează, diferitele tipuri aflate în dezvoltare (inclusiv o combinație interesantă de aluminiu și sulf), avantajele și provocările lor, principalii jucători care conduc inovațiile și modul în care inovațiile recente din 2024–2025 ar putea transforma energia curată și vehiculele electrice. (Toate sursele sunt citate pentru credibilitate.)

Ce sunt bateriile cu aluminiu și sulf?

Bateriile cu aluminiu și bateriile cu sulf reprezintă două familii largi de tehnologii de baterii reîncărcabile de nouă generație care urmăresc să depășească limitările bateriilor litiu-ion de astăzi. Pe scurt, ele folosesc aluminiu sau sulf (sau ambele) în reacțiile lor electrochimice, în loc să se bazeze exclusiv pe chimii pe bază de litiu. Ca orice baterie, acestea au trei părți principale – un electrod pozitiv (catod), un electrod negativ (anod) și un electrolit între ele care transportă ioni în timpul încărcării și descărcării. Diferența cheie este chimia: în bateriile cu aluminiu, metalul aluminiu servește adesea ca anod (și în unele modele furnizează ionii purtători de sarcină), în timp ce în bateriile cu sulf, elementul sulf servește de obicei ca material de catod care acceptă ioni de la un anod metalic (precum litiu sau sodiu).

De ce să explorăm aluminiul sau sulful? Ambele elemente sunt incredibil de abundente și ieftine comparativ cu litiul și cobaltul folosite în celulele Li-ion. Aluminiul este cel mai abundent metal din scoarța terestră și are o capacitate teoretică foarte mare de stocare a sarcinii (fiecare atom de Al poate elibera 3 electroni, oferindu-i o capacitate de sarcină de 2,98 Ah pe gram, ceea ce este enorm) nature.com. Sulful este unul dintre cele mai ieftine elemente nemetalice (adesea un produs secundar al rafinării petrolului) și se poate lega cu doi ioni de litiu per atom, permițând un potențial de stocare a energiei foarte ridicat nature.com, anl.gov. În principiu, bateriile care folosesc aluminiu sau sulf ar putea stoca mai multă energie pentru o anumită greutate și ar costa mult mai puțin decât pachetele actuale de litiu-ion. După cum explică cercetătorii de la Argonne National Laboratory, „Sulful este extrem de abundent și rentabil și poate stoca mai multă energie decât bateriile tradiționale pe bază de ioni.” anl.gov La fel, aluminiul este ieftin, disponibil pe scară largă și stochează sarcina dens atât pe greutate, cât și pe volumnature.com.

Un alt motiv important este siguranța și sustenabilitatea. Bateriile litiu-ion folosesc electroliți lichizi organici inflamabili și necesită adesea metale rare (precum cobalt, nichel, litiu) care ridică probleme de lanț de aprovizionare și etice. În schimb, multe modele de baterii cu aluminiu și sulf pot folosi electroliți neinflamabili (cum ar fi lichide ionice sau săruri topite) și evită mineralele de conflict. De exemplu, un design recent de baterie litiu-sulf folosește doar „materiale locale abundente, eliminând necesitatea mineralelor extrase precum nichel, cobalt, mangan și grafit”, potrivit startup-ului de baterii Lyten lyten.com. Profesorul MIT Donald Sadoway – un inovator de top în domeniul bateriilor – a căutat în mod explicit „ingrediente ieftine, abundente pe Pământ” pentru a inventa ceva „mult mai bun decât litiu-ion”, alegând aluminiul pentru anod și sulful pentru catod în cea mai recentă chimie a bateriei sale news.mit.edu.

Pe scurt, bateriile cu aluminiu și sulf reprezintă o încercare de a construi o baterie mai ieftină, mai sigură și mai etică folosind elemente care sunt din abundență (fără criză globală de aprovizionare), ieftine și cu capacitate inerentă ridicată. Să explorăm acum cum funcționează aceste baterii în practică și diferitele tipuri aflate în dezvoltare.

Cum funcționează? (Bazele bateriilor pe înțelesul tuturor)

Bateriile pe bază de aluminiu folosesc de obicei metalul de aluminiu ca anod. Când bateria se descarcă, metalul de aluminiu cedează electroni (producând un curent electric) și ioni de aluminiu (Al³⁺) care călătoresc prin electrolit către catod. În funcție de tipul bateriei, acei ioni de aluminiu fie se intercalaează (se inserează) într-un material de catod, fie reacționează cu acesta. De exemplu, într-o baterie cu ioni de aluminiu, ionii Al³⁺ se deplasează într-un catod stratificat (precum grafitul sau un oxid metalic) și ies înapoi în timpul încărcării news.stanford.edu. Într-o baterie aluminiu-sulf, ionii de aluminiu reacționează cu sulful de la catod pentru a forma compuși aluminiu-sulf în timpul descărcării, apoi revin la metalul de aluminiu la încărcare nature.com. Iar în bateriile aluminiu-aer, metalul de aluminiu reacționează cu oxigenul din aer la un catod special, producând oxid sau hidroxid de aluminiu – o reacție care eliberează electricitate până când anodul de aluminiu este consumat.

Bateriile pe bază de sulf implică de obicei un catod de sulf asociat cu un anod metalic (litiul este cel mai comun, dar se pot folosi și sodiu, magneziu sau chiar aluminiu). Luând ca exemplu litiu-sulf (Li-S): la descărcare, atomii de litiu metalic de la anod cedează electroni și devin ioni de litiu (Li⁺) care călătoresc prin electrolit către catodul de sulf. Sulful (molecule S₈) de acolo este convertit în sulfură de litiu (Li₂S) prin încorporarea ionilor de litiu – practic, sulful absoarbe ioni de litiu și electroni pentru a forma noi compuși, stocând energie în legăturile chimice. La încărcare, acest proces se inversează: ionii de litiu părăsesc sulful și revin la anod, iar sulful este regenerat. Deoarece fiecare atom de sulf poate lega doi atomi de litiu, iar inelele S₈ se pot rupe în diverse molecule de polisulfură de litiu, bateriile Li-S pot, teoretic, stoca de 3–5 ori mai multă energie pe greutate decât cele Li-ion. Bateriile sodiu-sulf (Na-S) funcționează analog, cu ioni de sodiu și formează de obicei poliusulfură de sodiu sau sulfură de sodiu.

În toate aceste baterii, ionii se deplasează înainte și înapoi printr-un electrolit, în timp ce electronii circulă printr-un circuit extern – astfel bateria se încarcă și se descarcă. Electrolitul poate fi lichid, gel sau solid, permițând ionilor să se miște, dar forțând electronii să treacă prin circuit (care alimentează dispozitivul tău). Este important de menționat că unele dintre aceste noi chimii necesită electroliți speciali pentru a funcționa. Bateriile cu ioni de aluminiu se bazează adesea pe electroliți lichizi ionici sau săruri topite deoarece ionii Al³⁺ interacționează puternic cu solvenții tipici. De fapt, primele baterii reîncărcabile cu aluminiu au devenit viabile doar când cercetătorii au descoperit un lichid ionic la temperatura camerei (bazat pe săruri de cloroaluminat) care permite ionilor de aluminiu să intre și să iasă eficient dintr-un catod de grafit news.stanford.edu. În mod similar, bateriile litiu-sulf folosesc adesea electroliți lichizi modificați sau electroliți solizi pentru a preveni problemele pe care le vom discuta mai târziu (cum ar fi scurgerea sulfului în electrolit).

Pe scurt, în termeni simpli: bateriile pe bază de aluminiu generează energie prin faptul că metalul de aluminiu eliberează mai mulți electroni per atom (o sarcină incredibil de mare per atom de metal) și formează legături fie cu o catodă gazdă, fie cu oxigen/sulf, în timp ce bateriile pe bază de sulf generează energie prin faptul că un element ușor și abundent (sulful) captează ioni metalici și electroni în compuși bogați în energie. Ambele concepte ne duc dincolo de transferul unic de ioni de litiu al bateriilor actuale, având potențialul de a oferi mai multă energie per încărcare. În continuare, să analizăm varietățile specifice ale acestor baterii aflate în dezvoltare.

Tipuri de baterii pe bază de aluminiu

Cercetătorii explorează mai multe tipuri de baterii care folosesc aluminiul în moduri diferite:

• Baterii reîncărcabile cu ioni de aluminiu (Al-Ion): Aceste baterii folosesc metal de aluminiu ca anod și, de obicei, o catodă grafitică cu un electrolit special pe bază de lichid ionic. Un exemplu celebru timpuriu a venit de la Universitatea Stanford în 2015, unde oamenii de știință au demonstrat un prototip de baterie cu ioni de aluminiu cu anod de aluminiu și catod de grafit într-un lichid ionic. Aceasta a prezentat încărcare ultra-rapidă (o celulă mică putea fi încărcată în aproximativ un minut!) și o durată de viață extrem de lungă a ciclului (peste 7.500 de cicluri de încărcare fără pierdere de capacitate) news.stanford.edu. Celula Stanford era, de asemenea, foarte sigură – cercetătorii puteau găuri celula tip „pouch” fără ca aceasta să ia foc, spre deosebire de celulele pe bază de litiu news.stanford.edu. Totuși, avea o tensiune mai mică (~2 volți, aproximativ jumătate din tensiunea tipică a unei celule Li-ion) news.stanford.edu, ceea ce înseamnă că ar fi nevoie de mai multe celule în serie pentru a atinge tensiuni utile. Atractivitate cheie: Bateriile Al-ion promit încărcare rapidă, durată lungă de viață și siguranță îmbunătățită (fără componente predispuse la incendiu), folosind materiale ieftine (aluminiu și carbon) news.stanford.edu. Cercetările în curs urmăresc să crească densitatea energetică prin găsirea unor catoduri și electroliți mai buni pentru a crește tensiunea și capacitatea news.stanford.edu. Mai multe grupuri din întreaga lume (de la Stanford la universități din China news.mit.edu) avansează tehnologia cu ioni de aluminiu. De exemplu, cercetătorii investighează diverse materiale pentru catod (inclusiv chiar și sulfurile metalice nature.com) pentru a stoca ionii de aluminiu mai eficient nature.com.
• Baterii cu aluminiu-aer: Aluminiu-aer este o baterie primară (nereîncărcabilă electric, dar potențial „realimentată” mecanic) în care metalul de aluminiu reacționează cu oxigenul din aer pentru a genera electricitate. Aceste celule au o densitate energetică impresionant de mare deoarece catodul este doar aerul ambiental – ceea ce face bateria extrem de ușoară. De fapt, pachetele cu aluminiu-aer pot avea de aproximativ 3 ori mai multă energie pe greutate decât litiu-ion la nivel de sistem evreporter.com. Compromisul este că, odată ce anodul de aluminiu se oxidează în hidroxid sau oxid de aluminiu, celula este „consumată” și are nevoie de aluminiu proaspăt pentru a continua. Acest lucru face ca aluminiu-aer să fie mai degrabă ca o pilă de combustie sau un extensor de autonomie: ai schimba o nouă placă de aluminiu (și ai recicla-o pe cea folosită) în loc să o pui la încărcat. Companii precum Phinergy din Israel inovează de ani de zile sisteme cu aluminiu-aer. În parteneriat cu Indian Oil Corporation, testează baterii cu aluminiu-aer în vehicule electrice și unități de rezervă staționare. În 2023, au demonstrat în India o mică mașină electrică ce a parcurs peste 500 km cu celule aluminiu-aer înainte de a avea nevoie de o „realimentare” cu aluminiuevreporter.com. CEO-ul Phinergy, David Mayer, menționează că tehnologia aluminiu-aer este „sigură, neinflamabilă,” necesită fără infrastructură grea de încărcare și poate fi reîncărcată (prin înlocuirea aluminiului) „în câteva minute” în loc de ore evreporter.com. Dezavantajul este necesitatea de a stabili un întreg lanț de aprovizionare pentru a produce și recicla în masă plăcile de aluminiu. Totuși, această tehnologie este deja comercială în nișe: de exemplu, unitățile cu aluminiu-aer ale Phinergy sunt folosite ca sursă de rezervă pentru turnuri de telecomunicații (înlocuind generatoarele diesel) în Israel și Europa evreporter.com. Bateriile cu aluminiu-aer s-ar putea să nu înlocuiască direct bateria reîncărcabilă din telefonul tău, dar ar putea servi ca extensoare de autonomie pentru vehicule electrice sau stocare de lungă durată – oferind o rezervă uriașă de energie pe care o schimbi periodic.
• Baterii cu aluminiu-sulf: Interesant, unii cercetători combină aluminiul și sulful într-o singură baterie – folosind aluminiul ca anod și sulful ca catod, cu un electrolit din sare topită sau lichid ionic. Această abordare hibridă încearcă să valorifice ce e mai bun din ambele elemente: capacitatea mare a anodului de aluminiu și capacitatea mare a catodului de sulf, toate cu materiale incredibil de ieftine. În august 2022, o echipă condusă de Donald Sadoway de la MIT a prezentat un nou design de baterie cu aluminiu-sulf care a atras imediat atenția datorită costului redus și performanței. Folosește săruri de cloro-aluminat topite ca electrolit, care funcționează la o temperatură modestă (în jur de 110 °C, similară cu o ceașcă fierbinte de cafea) pentru a menține sarea lichidă news.mit.edu. Electrolitul încălzit a fost o alegere ingenioasă: nu doar că nu este inflamabil și este ieftin, dar a prevenit formarea dendritelor – acele vârfuri metalice enervante care pot produce scurtcircuite în baterii. După cum a spus Sadoway, sarea aleasă „practic a eliminat aceste dendrite scăpate de sub control, permițând totodată încărcarea foarte rapidă” news.mit.edu. Prototipul său de celulă cu aluminiu-sulf putea fi încărcat în mai puțin de un minut fără scurtcircuitare și a funcționat sute de cicluri cu un cost estimat per celulă de aproximativ o șesime din cel al celulelor litiu-ion comparabile news.mit.edu. Aceasta este o reducere uriașă a costurilor, confirmată de analiști externi; costurile materialelor pentru aceste baterii ar putea fi cu 85% mai mici decât la litiu-ion potrivit revistei Science news.mit.edu. Viziunea este de a folosi astfel de celule pentru stocare staționară (de exemplu, stocarea energiei solare pentru utilizare pe timp de noapte) și posibil pentru suport la încărcare rapidă a vehiculelor electrice. Designul lui Sadoway este comercializat de un startup numit Avanti, care își propune să scaleze celulele și să efectueze teste de stres în viitorul apropiat news.mit.edu. Între timp, alte grupuri duc conceptul de aluminiu-sulf și mai departe: în ianuarie 2024, cercetători din China au raportat o baterie Al-S reîncărcabilă care poate funcționa la 85 °C (puțin sub punctul de fierbere al apei, chiar mai ușor de menținut) cu o durată de viață excelentă – peste 1.400 de cicluri cu doar 15% pierdere de capacitate, și capacitatea de a se încărca rapid la acea temperatură nature.com. Scăderea temperaturii de funcționare sub 100 °C înseamnă că o simplă încălzire cu apă fierbinte ar putea menține bateria, ceea ce „simplifică foarte mult” gestionarea termică și deschide calea către aplicații mai largi nature.com. Concluzie: Bateriile cu aluminiu-sulf ar putea deveni un factor de schimbare pentru stocarea pe rețea și poate pentru anumiteîn vehicule, prin furnizarea de baterii ultra-ieftine, rezistente la foc care folosesc aluminiu abundent pe Pământ (cel mai abundent metal) și sulf (cel mai ieftin nemetal) news.mit.edu.

Tipuri de baterii pe bază de sulf

Mai multe tehnologii de baterii utilizează catodul de sulf asociat cu anzi diferiți:

• Baterii litiu-sulf (Li-S): Litiu-sulful este una dintre cele mai studiate chimii „post-litiu” datorită potențialului energetic extrem de ridicat. O celulă Li-S poate, teoretic, să stocheze de până la 5 ori mai multă energie pe greutate decât o celulă litiu-ion, deoarece sulful este foarte ușor și fiecare atom de sulf poate lega mai mulți atomi de litiu. În practică, bateriile Li-S au demonstrat deja densități energetice de aproximativ 400–500 Wh/kg (aproximativ dublu față de Li-ion) în laboratoare businessaviation.aero, apricum-group.com. Sunt, de asemenea, atractive pentru că sunt foarte ieftine și ecologice – sulful costă aproape nimic și este abundent, iar celulele Li-S nu conțin cobalt sau nichel. Totuși, călcâiul lui Ahile al Li-S a fost longevitatea și stabilitatea. Prototipurile tradiționale Li-S au suferit de efectul „navetei de polisulfură”: compușii intermediari ai sulfului (polisulfurile) se dizolvă în electrolit în timpul ciclării și migrează către anodul de litiu, cauzând autodescărcare, coroziune și scădere rapidă a capacității anl.gov. De asemenea, trec prin modificări semnificative de „respirație” (schimbări de volum) – sulful se extinde și se contractă mult la încărcare/descărcare, ceea ce poate deteriora structura celulei reuters.com. Aceste probleme au făcut ca bateriile Li-S timpurii să cedeze după doar câteva zeci de cicluri. Vestea bună este că descoperirile recente rezolvă aceste probleme. Cercetătorii au dezvoltat catoduri din carbon nanostructurat și aditivi pentru electrolit care captează polisulfurile și extind durata de viață nature.com. În ianuarie 2023, Argonne National Lab a demonstrat o celulă Li-S cu un strat intermediar poros „redox-activ” care a eliminat aproape complet problema navetei, permițând bateriei să reziste la peste 700 de cicluri menținând o capacitate ridicată anl.gov. „Bateriile [cu sulf] anterioare doar suprimau naveta, dar sacrificau energia. Stratul nostru adaugă capacitate de stocare și suprimă naveta,” a explicat chimistul Argonne Guiliang Xu anl.gov. Acest lucru sugerează că bateriile Li-S pot fi realizate atât cu energie ridicată, cât și cu durată lungă de viață. De fapt, companiile se întrec acum să le comercializeze: Lyten, un startup din California, a dezvoltat o celulă litiu-sulf întărită cu materiale proprietare de grafen 3D și vizează piețe de nișă precum dronele, aerospațialul și apărarea în 2024–2025 lyten.com. Lyten susține că bateriile sale Li-S sunt cu 40% mai ușoare decât bateriile litiu-ion de astăzi (și cu 60% mai ușoare decât bateriile cu fier-fosfat), fiind în același timp mai ieftine la scară largă datorită eliminării nichelului, cobaltului și a altor materiale costisitoare lyten.com. O altă companie, Theion (Germania), lucrează la catoduri din sulf cristalin și a raportat recent celule Li-S cu o densitate energetică de 3× mai mare decât Li-ion, la doar o treime din cost, și potențial o treime din emisiile de producție reuters.com. CEO-ul Theion, Ulrich Ehmes, a declarat că bateriile lor – care evită problemele de coroziune folosind o formă stabilă de sulf și un design pre-extins – ar putea fi folosite în vehicule electrice „înainte de sfârșitul deceniului” dacă dezvoltarea rămâne pe drumul cel bun reuters.com. Pe scurt, bateriile litiu-sulf sunt pe punctul de a trece din laborator pe piață, promițând pachete ultra-ușoare, cu energie ridicată pentru aplicații unde fiecare kilogram contează (avioane electrice, vehicule electrice cu autonomie mare, spațiu).
• Baterii sodiu-sulf (Na-S): Sodiul și sulful ar putea părea o pereche improbabilă (sodiul este extrem de reactiv, iar primele baterii Na-S funcționau fierbinte la 300°C), dar această chimie are o lungă tradiție în stocarea energiei pentru rețea. Bateriile Na-S de înaltă temperatură au fost folosite de zeci de ani la scară utilitară pentru stocarea energiei (notabil de NGK în Japonia) – ele funcționează cu sodiu și sulf topite, separate de un electrolit ceramic solid, oferind eficiență bună și durabilitate pentru stocarea staționară. Totuși, necesitatea de a le menține la ~300 °C a limitat adoptarea pe scară largă. Recent, există entuziasm în jurul bateriilor sodiu-sulf la temperatura camerei care ar putea oferi o alternativă sigură și cu costuri reduse pentru stocarea la scară mare. La sfârșitul anului 2022, o echipă de la Universitatea din Sydney a anunțat o „baterie cu cost redus și de patru ori capacitatea litiu-ion” folosind un nou design Na-S la temperatura camerei sydney.edu.au. Prin utilizarea unui electrod de carbon poros și a unui tratament termic simplu (piroliză) pentru a crea o formă mai reactivă de sulf, au obținut capacitate super-înaltă și durată de viață ultra-lungă la temperatura camerei, depășind performanța „leneșă” anterioară a Na-S sydney.edu.au. Cercetătorul principal, Dr. Shenlong Zhao, a declarat că această baterie sodiu-sulf „are potențialul de a reduce dramatic costurile oferind de patru ori mai multă capacitate de stocare. Aceasta este o descoperire semnificativă pentru dezvoltarea energiei regenerabile…” sydney.edu.au. Într-adevăr, sodiul și sulful sunt chiar mai abundente și mai ieftine decât litiul, astfel încât o baterie Na-S de succes ar putea fi un avantaj pentru stocarea energiei în rețea – permițând baterii mari pentru parcuri eoliene/solare cu costuri minime. Deși celulele Na-S nu se compară cu Li-ion pentru nevoile compacte ale vehiculelor electrice (sodiul este mai greu, iar aceste celule sunt în prezent de format mai mare), ele ar putea deveni o piesă critică a infrastructurii de energie curată, oferind stocare sigură și cu costuri reduse pentru perioadele când soarele nu strălucește sau vântul nu bate sydney.edu.au. Cercetarea continuă la nivel mondial (China, Australia, Europa) pentru a rafina bateriile Na-S la temperatura camerei pentru comercializare.
• Alte baterii pe bază de sulf: Dincolo de Li-S și Na-S, cercetătorii au experimentat cu catoduri de sulf în combinație cu alte metale precum magneziu sau calciu, și chiar asocierea sulfului cu aluminiu (așa cum s-a discutat anterior). Aceste baterii cu metale multivalente–sulf (unde ionul metalic poartă mai mult de o sarcină, de ex. Al³⁺ sau Mg²⁺) sunt atractive din același motiv ca aluminiul sau sulful separat – abundență și capacitate mare – dar se confruntă cu o chimie și mai dificilă și sunt în mare parte în stadii incipiente de cercetare advanced.onlinelibrary.wiley.com. De exemplu, celulele magneziu-sulf întâmpină dificultăți cu compatibilitatea electrolitului și cinetica lentă. Bateriile solide cu sulf reprezintă o altă variație de ultimă oră: prin utilizarea unui electrolit solid (adesea un sulfură sau polimer), oamenii de știință urmăresc să creeze celule Li-S mai sigure (fără lichid inflamabil) și care să suprime complet efectul de navetă al polisulfurilor onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. NASA a dezvoltat activ o baterie litiu-sulf solidă (proiectul SABERS) folosind un catod de sulf-seleniu și un electrolit solid inovator, atingând densități energetice de ~500 Wh/kg potrivite pentru aviația electrică businessaviation.aero. Atractivitatea sulfului – ușor, abundent, puternic – l-a plasat în centrul multor concepte futuriste de baterii.

După ce am acoperit peisajul tipurilor de baterii cu aluminiu și sulf, putem acum compara modul în care aceste tehnologii se raportează la dominantele litiu-ion și ce beneficii unice oferă.

Beneficii cheie și avantaje față de litiu-ion

Atât bateriile pe bază de aluminiu, cât și cele pe bază de sulf promit avantaje semnificative în ceea ce privește costul, sustenabilitatea și performanța, dacă dezvoltarea lor continuă cu succes. Iată principalele beneficii:

• 🌎 Materiale abundente, cu cost redus: Aluminiul și sulful sunt ieftine și din abundență practic peste tot. Aluminiul este cel mai abundent metal din scoarța terestră, iar sulful este un produs secundar comun al rafinării. Acest lucru înseamnă că costurile materialelor pot fi drastic mai mici. Un raport al Science a menționat că materiile prime pentru o baterie cu aluminiu-sulf ar putea fi cu 85% mai ieftine decât cele pentru bateriile litiu-ion news.mit.edu. Theion (un startup de baterii cu sulf) susține în mod similar că celulele lor vor costa doar o treime din cât costă celulele Li-ion reuters.com. După cum spune Sadoway, aceste baterii sunt „sursă etică, ieftine, [și] eficiente” news.mit.edu – evită metalele scumpe care sunt adesea legate de minerit problematic. Folosirea resurselor abundente înseamnă, de asemenea, mai puține blocaje de aprovizionare; nu vom avea parte de penurii de litiu sau cobalt dacă bateriile cu aluminiu și sulf vor avea succes.
• 🔥 Siguranță îmbunătățită (neinflamabil): Multe baterii de nouă generație cu aluminiu/sulf sunt proiectate să fie mult mai sigure. În loc de electroliți organici inflamabili, pot folosi săruri topite anorganice sau electroliți solizi care nu se aprind news.mit.edu. Celulele cu ioni de aluminiu și aluminiu-sulf demonstrate de Stanford și MIT „nu vor lua foc, chiar dacă le găurești” sau funcționează la temperaturi ridicate news.stanford.edu, news.mit.edu. De asemenea, catodurile de sulf asociate cu electroliți solizi sau gel pot rezista mai bine la scăpările termice decât bateriile Li-ion convenționale. Sistemul cu aluminiu-aer al Phinergy este inerent necombustibil și „sigur, neinflamabil” în funcționare evreporter.com. Siguranța crescută nu doar protejează utilizatorii, ci și simplifică transportul și fabricarea (nu este nevoie de răcire costisitoare sau sisteme de stingere a incendiilor în pachetele de baterii).
• ⚡ Densitate energetică ridicată & Greutate redusă: Ambele chimii oferă potențialul pentru stocare de energie mai mare per greutate decât bateriile de astăzi. De exemplu, bateriile litiu-sulf au atins ~500 Wh/kg în prototipuri businessaviation.aero – aproximativ dublu față de cele mai bune Li-ion, permițând pachete de baterii mult mai ușoare. Lyten raportează că celulele sale Li-S vor fi cu până la 40% mai ușoare decât pachetele Li-ion pentru aceeași energie lyten.com. Theion vizează o densitate energetică de 3x mai mare decât Li-ion reuters.com. Pentru vehicule electrice și aeronave, acest lucru s-ar putea traduce printr-o autonomie mai mare sau o sarcină utilă mai mare pentru aceeași greutate a bateriei. Bateriile aluminiu-aer sunt de neegalat la densitatea energetică (au fost folosite pentru a stabili un record de 1.100 mile parcurse cu un vehicul electric cu un singur „rezervor” aluminiu-aer acum câțiva ani), deși este necesară realimentarea. Chiar și bateriile aluminiu-ion, deși au o energie teoretică mai mică decât Li-S, pot excela la densitatea de putere – celula Stanford s-a putut încărca complet într-un minut news.stanford.edu, sugerând baterii care se încarcă la fel de repede ca umplerea unui rezervor de benzină. Pe scurt, aceste tehnologii ar putea oferi fie mult mai multă energie (pentru utilizare de lungă durată), fie rate de descărcare/încărcare mult mai rapide decât Li-ion, sau ambele.
• 🔋 Potențial de durată lungă a ciclului: Proiectate corespunzător, bateriile pe bază de aluminiu și sulf ar putea dura la fel de mult sau mai mult decât cele Li-ion. Anozii din aluminiu metalic nu formează același tip de dendrite ca litiul (mai ales cu electroliții potriviți) news.mit.edu, deci pot fi foarte durabile. Celula Al-ion de la Stanford a rezistat la peste 7.500 de cicluri (un ordin de mărime peste Li-ion) news.stanford.edu. Celulele cu sulf au avut istoric o durată de viață scurtă, dar noile designuri (interstraturi, stare solidă etc.) ating sute sau mii de cicluri cu pierderi minime anl.gov, nature.com. Pentru stocarea staționară, o baterie care funcționează fiabil zilnic timp de peste 10 ani este esențială, iar dezvoltatorii acestor chimii sunt foarte concentrați pe stabilitate.
• ♻️ Beneficii de mediu & etice: Deoarece folosesc materiale ușor disponibile, aceste baterii evită daunele de mediu asociate cu extracția și procesarea metalelor rare precum cobaltul, nichelul și litiul. Există, de asemenea, o reducere a amprentei de carbon încorporate a bateriei. Theion estimează că celulele lor cu baterii pe bază de sulf vor emite doar o treime din CO₂ în producție comparativ cu celulele Li-ion reuters.com. Sulful este adesea un produs rezidual (milioane de tone stau în depozite), astfel că utilizarea lui în baterii înseamnă practic reciclarea deșeurilor industriale. Aluminiul este, de asemenea, foarte reciclabil – o infrastructură globală de reciclare deja existentă ar putea fi folosită pentru a recupera aluminiul din bateriile uzate cu ușurință. Din punct de vedere etic, utilizarea sulfului și aluminiului evită problemele de muncă infantilă și drepturile omului care au afectat mineritul de cobalt. Toți acești factori înseamnă că bateriile de nouă generație ar putea fi mai sustenabile și mai responsabile social pe tot parcursul ciclului lor de viață.
• 💡 Încărcare rapidă și putere mare: Unele modele de aluminiu/sulf demonstrează capacitate de încărcare ultra-rapidă. Am menționat încărcarea în 60 de secunde în teste de laborator news.stanford.edu. În plus, celulele cu aluminiu-sulf din laborator au funcționat la rate de încărcare foarte ridicate (de exemplu, încărcare la 1C sau mai mult la temperaturi ridicate cu retenție excelentă) nature.com. Bateriile cu aluminiu-aer pot fi „reîncărcate” instantaneu prin înlocuirea aluminiului. Aceste caracteristici ar putea elimina una dintre cele mai mari nemulțumiri ale consumatorilor cu privire la vehiculele electrice și gadgeturi – timpii lungi de încărcare – și ar putea oferi, de asemenea, o putere mare la nevoie (imaginează-ți unelte electrice sau vehicule electrice cu baterii pe bază de aluminiu care oferă o putere mare fără scădere de tensiune).

Este important de menționat că nu toate aceste beneficii se aplică în mod egal tuturor variantelor (de exemplu, aluminiu-aer oferă energie mare, dar nu este reîncărcabil electric; aluminiu-ion se încarcă rapid, dar are tensiune mai mică; Li-S este foarte ușor, dar în prezent are o durată de viață moderată a ciclului). Totuși, promisiunea generală a bateriilor cu aluminiu și sulf este că putem reduce dramatic costurile și dependența de materiale rare, oferind în același timp performanțe egale sau mai bune în domenii cheie precum siguranța, energia și puterea.

Provocări și obstacole tehnice

Dacă bateriile cu aluminiu și sulf sunt atât de grozave, de ce nu sunt peste tot deja? Adevărul este că aceste tehnologii se confruntă cu provocări semnificative pe care cercetătorii și inginerii încă încearcă să le depășească:

• Naveta de polifosfați și degradarea catodului (Probleme cu sulful): În bateriile cu litiu-sulf și alte baterii cu catod de sulf, notoria problemă a navetei de polifosfați a fost un obstacol major. Pe măsură ce bateria trece prin cicluri, sulful trece prin stadii intermediare care se pot dizolva în electrolit și pot migra către anod, cauzând auto-descărcare, pierderea materialului activ și chiar reacții dăunătoare cu anodul anl.gov. Acest lucru duce la o scădere rapidă a capacității. Mai mult, catozii de sulf tind să se umfle și să se contracte semnificativ (până la ~80% schimbare de volum) pe măsură ce se transformă în sulfură de litiu și invers reuters.com. Această „respirație” poate pulveriza catodul în timp sau îl poate delamina de pe colectorii de curent. Deși noi strategii (precum adăugarea de interstraturi de protecție anl.gov, utilizarea de structuri nanocarbon sau electroliți solizi) au atenuat aceste probleme, asigurarea faptului că o baterie cu sulf poate rezista la sute de cicluri în condiții reale rămâne o provocare cheie.
• Dendrite și probleme de placare (Anoduri metalice): Anodurile din aluminiu metalic, la fel ca alte anoduri metalice, pot forma dendrite (filamente subțiri, conductoare) la reîncărcare, ceea ce riscă să scurtcircuiteze celula. De fapt, un motiv major pentru care bateriile cu aluminiu au eșuat mult timp a fost că nimeni nu a reușit să obțină placarea/dezplacarea aluminiului în mod repetat și fiabil – adesea se forma un depozit „mătos” sau se dezactiva prin formarea unui strat de oxid la suprafață. Electroliții pe bază de lichide ionice și săruri topite au contribuit semnificativ la „îmblânzirea” acestei probleme (o echipă raportând că bateria lor cu aluminiu și sare topită „nu a pierdut niciodată celule din cauza scurtcircuitării prin dendrite” în teste de încărcare rapidă news.mit.edu). Însă, dacă s-ar folosi un electrolit mai convențional, dendritele sau reacțiile secundare cu stratul de oxid al aluminiului ar putea fi problematice. În mod similar, dacă se folosește litiu metalic ca anod în bateriile cu sulf (comun în designurile Li-S), apar dendrite de litiu și probleme de siguranță, mai ales dacă se utilizează electroliți lichizi. Cercetătorii asociază adesea Li-S cu membrane de protecție sau designuri solid-state pentru a preveni dendritele de litiu.
• Tensiune de operare scăzută și eficiență energetică (Ion de aluminiu): Bateriile cu ioni de aluminiu, în special cele care folosesc intercalare (de exemplu, catod de grafit), au de obicei o tensiune a celulei mai mică decât cele Li-ion. Celula faimoasă cu ioni de aluminiu de la Stanford a produs aproximativ 2,0 volți news.stanford.edu, în timp ce o celulă litiu-ion are ~3,7 V nominal. Acest lucru se datorează parțial chimiei intercalării Al³⁺ și constrângerilor electrolitului. Tensiunea mai mică înseamnă că ai nevoie de mai multe celule în serie (ceea ce adaugă complexitate și o anumită pierdere de energie) pentru a atinge tensiunea dorită a pachetului de baterii. Există și problema ionilor multivalenți precum Al³⁺, care au o cinetică lentă în solide – deplasarea unui ion cu sarcină +3 este mai dificilă decât a unui ion cu sarcină +1, cum ar fi Li⁺, deci obținerea unei puteri mari poate fi dificilă dacă nu se crește temperatura sau nu se folosesc electroliți speciali nature.com. Unele baterii cu aluminiu funcționează bine doar la temperaturi ridicate (60–100 °C), ceea ce ar putea complica utilizarea lor în electronice de consum (nimeni nu vrea o baterie mereu fierbinte în telefon!). Vestea bună: inovațiile în electroliți (cum ar fi adăugarea anumitor săruri sau folosirea unor noi amestecuri) îmbunătățesc conductivitatea ionilor de aluminiu la temperaturi mai scăzute nature.com.
• Cerințe de temperatură: După cum s-a menționat, mai multe modele pe bază de aluminiu și sodiu folosesc electroliți cu săruri topite care trebuie menținuți calzi. De exemplu, bateria cu aluminiu-sulf de la MIT funcționează optim la aproximativ 110 °C news.mit.edu, iar chiar și varianta îmbunătățită funcționează la 85 °C nature.com. Deși acestea nu sunt temperaturi extreme după standardele industriale, înseamnă că un pachet de baterii ar avea nevoie de izolație și poate de un mic încălzitor pentru a rămâne în intervalul potrivit. Acest lucru este acceptabil pentru stocarea staționară (unde o baterie de dimensiunea unui frigider poate avea management termic), dar reprezintă o provocare pentru aplicațiile portabile și vehiculele electrice, cu excepția cazului în care căldura poate fi autosusținută (celula lui Sadoway chiar se autoîncălzește în timpul ciclării pentru a menține temperatura news.mit.edu). Funcționarea la temperaturi ridicate necesită, de asemenea, etanșare robustă și considerente de siguranță (deși avantajul este lipsa riscului de incendiu). Cercetătorii lucrează pentru a reduce temperaturile de operare și chiar explorează chimii la temperatura camerei pentru sistemele pe bază de Al și Na nature.com.
• Infrastructura de încărcare și „realimentare” (Al-Air): Unic pentru sistemele cu aluminiu-aer (și alte sisteme similare cu metal-aer) este faptul că acestea nu sunt reîncărcabile prin conectarea la un încărcător. Trebuie să înlocuiești sau să reciclezi anodul de aluminiu odată ce acesta s-a consumat. Acest lucru necesită crearea unei infrastructuri întregi pentru schimbarea plăcilor sau cartușelor de aluminiu, colectarea celor uzate și reciclarea aluminiului (probabil printr-un proces de topire alimentat cu energie electrică, „reîncărcând” astfel aluminiul). Indian Oil și Phinergy lucrează activ la acest ecosistem evreporter.com, dar este un alt tip de paradigmă față de stațiile de benzină sau stațiile de încărcare. Fără sprijin pe scară largă, aluminiu-aer ar putea rămâne o soluție de nișă. În plus, produsul secundar al aluminiu-aer (hidroxidul de aluminiu) trebuie gestionat – deși poate fi reciclat în aluminiu nou sau alte produse.
• Creșterea producției și integrarea: Tehnologia litiu-ion are un avans de 30 de ani, cu o producție la scară masivă, lanțuri de aprovizionare optimizate și o forță de muncă bine pregătită. Orice nouă chimie de baterie se confruntă cu provocarea de a trece de la laborator sau scară pilot la scară de gigafabrică. Bateriile cu aluminiu și sulf pot necesita noi procese de fabricație (de exemplu, manipularea lichidelor ionice sensibile la umiditate sau a electroliților solizi, sau noi designuri de celule precum electrozii stivuiți ai Theion). Creșterea producției fără defecte și la costuri reduse nu este un lucru trivial. Există și problema integrării – pot aceste baterii noi să fie folosite direct în dispozitive sau vehicule existente, sau necesită noi designuri? Profiluri de tensiune diferite, factori de formă sau condiții de operare pot însemna reconfigurarea de la sistemele de management al bateriei până la designul șasiului la mașini. Aceste costuri de tranziție și incertitudinile pot încetini adoptarea.
• Stadiul actual (gradul de pregătire tehnologică): Deși 2024 și 2025 au adus mari progrese (pe care le vom evidenția în continuare), multe tehnologii de baterii cu aluminiu și sulf sunt încă în stadiul de prototip sau comercializare timpurie. Niciuna nu a atins încă nivelul de implementare în masă de care se bucură litiu-ion. De exemplu, celulele litiu-sulf abia acum intră pe piețe limitate precum dronele și sateliții, unde durata lor scurtă de viață poate fi tolerată sau compensată. Aluminiu-sulf și aluminiu-ion sunt în faza de demonstrare și creștere a producției; niciun automobil electric sau rețea electrică nu are încă una de mari dimensiuni în funcțiune completă. Aceasta înseamnă că există încă riscul apariției unor probleme neprevăzute în utilizarea reală (gândiți-vă la incidentele cu Li-ion din cauza scăpării termice la început). Va fi nevoie de timp, investiții și probabil câteva iterații până când aceste tehnologii vor fi la fel de fiabile ca cele consacrate. O notă sceptică: și litiu-ion se îmbunătățește în fiecare an – cu noi chimii precum litiu-fier-fosfat (LFP) și litiu-metal cu electrolit solid la orizont – așa că bateriile cu aluminiu și sulf trebuie nu doar să funcționeze, ci și să concureze cu o tehnologie consacrată aflată în continuă îmbunătățire.

În concluzie, bateriile pe bază de aluminiu și sulf au un potențial uriaș, dar prezintă și provocări unice. Cercetătorii recunosc deschis că este nevoie de mai multă muncă; după cum a scris o echipă în 2022, în ciuda progreselor, „bateriile Al–S au suferit istoric de o capacitate de încărcare slabă și o stabilitate redusă la ciclare”, necesitând inovații continue în electroliți și electrozi nature.com. Depășirea acestor provocări este exact ceea ce preocupă în prezent multe laboratoare și startup-uri.

Cine conduce cursa? Jucători importanți în dezvoltare

Acest domeniu captivant reunește laboratoare academice, startup-uri și giganți industriali care împing limitele. Iată câțiva dintre actorii notabili și ce fac ei:

• Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT a fost un centru de cercetare inovatoare în domeniul bateriilor. Grupul profesorului Donald Sadoway de la MIT a fost pionierul conceptului de baterie aluminiu-sulf. După publicarea rezultatelor revoluționare în Nature în 2022, Sadoway a cofondat Avanti pentru a comercializa tehnologia news.mit.edu. Scopul Avanti este să crească producția de celule aluminiu-sulf pentru stocare staționară și nu numai. Sadoway este cunoscut și pentru că a cofondat Ambri, o companie care comercializează baterii cu metal lichid (folosind alte chimii precum calciu și antimoniu). Ambri vizează stocarea la scară de rețea și, potrivit rapoartelor, urma să implementeze sisteme în 2024 youtube.com. Între Ambri și Avanti, inovațiile lui Sadoway ar putea acoperi baterii de utilitate mare până la baterii de scară mai mică pentru clădiri sau stații de încărcare pentru vehicule electrice news.mit.edu. Influența MIT nu se oprește aici – cercetătorii săi explorează și proiecte cu litiu-sulf, iar institutul colaborează adesea cu laboratoare naționale și companii pentru tehnologii de baterii de ultimă generație.
• Universitatea Stanford & SLAC: Stanford a atras atenția devreme în domeniul bateriilor cu ioni de aluminiu (prototipul Al-ion cu încărcare rapidă din 2015 news.stanford.edu). Acea lucrare, condusă de Prof. Hongjie Dai, a arătat că o simplă catodă de grafit poate permite o baterie reîncărcabilă cu aluminiu. Stanford continuă cercetarea în domeniul bateriilor; de exemplu, SLAC (Laboratorul de Accelerare Liniară Stanford) a studiat catode noi pentru bateriile cu aluminiu, precum sulfurile metalice nature.com, și a investigat chimia interfeței pentru a îmbunătăți ciclarea. Deși descoperirea Stanford din 2015 nu s-a transformat încă într-un produs comercial, ea a demonstrat fezabilitatea și a fost citată de multe studii ulterioare. De asemenea, a subliniat etosul Stanford de cercetare deschisă care duce la adoptarea în industrie (unii absolvenți ai programului de baterii de la Stanford s-au alăturat unor startup-uri sau și-au fondat propriile companii în ecosistemul de startup-uri de baterii din Bay Area).
• Graphene Manufacturing Group (GMG) & Universitatea din Queensland: În Australia, GMG (în colaborare cu Universitatea din Queensland) a dezvoltat o Baterie cu ioni de aluminiu și grafen. Ei au raportat performanțe impresionante la prototipuri de tip coin-cell – cu încărcare extrem de rapidă și durată lungă de viață a ciclului – folosind grafen (o formă de carbon) ca material de catod într-o configurație cu ioni de aluminiu batteriesnews.com. GMG a urmărit să scaleze tehnologia la celule de tip pouch potrivite pentru electronice de consum sau vehicule electrice, iar la sfârșitul anului 2022 aveau în derulare un program de dezvoltare și o linie pilot de producție graphenemg.com. Abordarea lor subliniază sinergia dintre nano-materiale (grafen) și noi chimii precum cea cu ioni de aluminiu pentru a obține rezultate mai bune.
• Phinergy și Indian Oil (IOC): Phinergy este un startup israelian care a fost un pionier în bateriile cu aluminiu-aer de peste un deceniu. Ei au alimentat faimos o mașină demonstrativă pentru 1.100 de mile folosind aluminiu-aer în 2014 și, de atunci, s-au concentrat pe produse reale pentru alimentare de rezervă și extinderea autonomiei vehiculelor electrice. Phinergy a format un parteneriat cu Indian Oil Corporation pentru a crea un joint venture (IOC Phinergy) care aduce tehnologia aluminiu-aer pe piața din India – potențial uriaș pentru o țară dornică să găsească alternative la petrol și să utilizeze industria sa de aluminiu. Până la începutul anului 2023, IOC Phinergy a prezentat primul vehicul din India alimentat cu aluminiu-aer și punea la punct infrastructura pentru fabricarea și reciclarea plăcilor alcircle.com. Guvernul indian și-a arătat, de asemenea, interesul, deoarece aluminiu-aer ar putea reduce dependența de litiul importat. Tehnologia Phinergy este deja utilizată comercial pentru backup la turnurile de telecomunicații (înlocuind generatoarele diesel cu sisteme cu aluminiu-aer fără emisii) evreporter.com, iar ei colaborează cu producători auto precum Mahindra pentru integrarea în vehicule (de exemplu, flote de test de ricșe electrice și autobuze care folosesc aluminiu-aer pentru autonomie extinsă) evreporter.com. Progresul Phinergy este crucial deoarece este printre primii care au scos o baterie pe bază de aluminiu din laborator și au implementat-o practic pe teren.
• Lyten: Lyten este o startup din Silicon Valley (cu sediul în San Jose, California) care a funcționat în mod discret timp de câțiva ani, dezvoltând o baterie litiu-sulf îmbunătățită cu un material proprietar de grafen 3D. Recent, au ieșit la rampă cu vești mari: în octombrie 2024, Lyten a anunțat planuri de a construi prima gigafabrică de baterii litiu-sulf din lume în Nevada, cu o investiție de peste 1 miliard de dolari lyten.coml. Unitatea urmează să producă anual 10 GWh de baterii Li-S până în 2027 lyten.com. Această mișcare îndrăzneață indică încrederea că tehnologia lor este aproape pregătită pentru producția de masă. Piețele țintă inițiale ale Lyten nu sunt vehiculele electrice de pasageri, ci micromobilitatea, industria aerospațială, dronele și apărarea în 2024–2025 lyten.com – domenii în care densitatea mare de energie a Li-S oferă un avantaj decisiv și unde o durată de viață a ciclului ușor mai mică poate fi acceptabilă. Compania subliniază greutatea redusă a bateriilor și lipsa mineralelor de conflict, iar într-adevăr, celulele lor folosesc anozi din litiu metalic și catoduri compozite sulf-carbon, evitând nichelul, cobaltul etc. lyten.com. CEO-ul Lyten, Dan Cook, a declarat „Litiu-sulf este un salt în tehnologia bateriilor, oferind o baterie cu densitate mare de energie, greutate redusă, construită din materiale locale abundente” lyten.com. Ei chiar au fabricat intern celule pilot de baterii încă din 2023 pentru a testa și rafina procesul de producție lyten.com. Dacă gigafabrica Lyten va reuși, ar putea fi un schimbător de joc – primele baterii Li-S comerciale produse la scară largă, potențial pentru utilizare în aeronave electrice de nouă generație sau camioane electrice de mare autonomie, unde fiecare kilogram contează.
• Theion: Theion este o startup cu sediul în Berlin, Germania, axat pe baterii litiu-sulf cu o abordare diferită – folosesc sulf cristalin și electrozi speciali pentru a îmbunătăți stabilitatea. În martie 2025, Theion a strâns 15 milioane de euro într-o rundă de finanțare Seria A pentru a scala producția celulelor de baterii reuters.com. Theion susține că celulele lor pot tripla densitatea energetică a litiu-ionului, reducând în același timp costurile la o treime, așa cum s-a menționat anterior reuters.com. Se pare că au rezolvat problemele cheie prin pre-expandarea catodului pentru a acomoda expansiunea sulfului și prin menținerea sulfului într-o formă cristalină, mai puțin reactivă cu electroliții reuters.com. CEO-ul Ulrich Ehmes a declarat că tehnologia lor ar putea fi folosită în vehicule electrice, „taxiuri zburătoare” sau stocare de energie, și ar putea ajunge în mașini până la sfârșitul anilor 2020 reuters.com. Abordarea Theion a atras atenția deoarece nu se bazează pe materiale exotice – ei susțin că bateriile lor „respiră” mai puțin și nu corodează ca vechile Li-S. Finanțarea îi va ajuta să dezvolte celule de tip pouch mai mari și să treacă dincolo de prototipurile de tip coin-cell reuters.com. Interesul Germaniei pentru bateriile cu sulf se aliniază și cu efortul Europei de a avea tehnologii de baterii sustenabile, dezvoltate local.
• Argonne National Laboratory & U.S. DOE: În domeniul cercetării publice, Argonne (împreună cu alte laboratoare ale Departamentului de Energie al SUA, precum Oak Ridge și Pacific Northwest) a cercetat activ bateriile cu sulf. Am discutat realizarea Argonne în proiectarea interstratului pentru celulele Li-S anl.gov. De asemenea, explorează baterii cu sulf în stare solidă în parteneriat cu NASA pentru aviație. Biroul pentru Tehnologii de Vehicule al DOE a finanțat mai multe proiecte pe Li-S, Mg-S și chiar Li-Air și Al-Air, recunoscând importanța strategică a noilor chimii. Laboratoarele naționale colaborează adesea cu universități (de exemplu, Argonne a lucrat cu o echipă ce includea Universitatea din Illinois pe interstraturi de sulf) și împărtășesc descoperiri pe care startup-urile le pot valorifica. De exemplu, o mare parte din înțelegerea comportamentului polisulfurilor și caracterizarea avansată (folosind instrumente precum Advanced Photon Source de la Argonne pentru analiza cu raze X a bateriilor anl.gov) provine din aceste laboratoare.
• Alte nume notabile: Universități precum Monash University (Australia) au ajuns în atenția presei în 2020 cu o baterie Li-S care ar putea, teoretic, alimenta un smartphone timp de cinci zile și a demonstrat o stabilitate excelentă datorită unui liant și unui design de electrod inovator advancedsciencenews.com. Monash a lucrat ulterior și la Li-S cu încărcare rapidă, vizând utilizări în aviația electrică monash.edu. În Marea Britanie, fosta Oxis Energy a fost un pionier în Li-S; înainte de închiderea sa în 2021, Oxis dezvoltase celule Li-S apropiindu-se de 400 Wh/kg și colabora cu producători de avioane. Proprietatea sa intelectuală a fost achiziționată de alte entități, posibil informând proiecte noi. Academia și industria chineză sunt extrem de active – instituții precum Academia Chineză de Științe, Universitatea de Tehnologie din Wuhan (care a co-semnat articolul lui Sadoway despre Al-S news.mit.edu), și companii precum CATL explorează chimii pe bază de sulf și aluminiu, deși detaliile sunt uneori păstrate confidențiale. Chiar și la Battery Day al Tesla din 2020 s-a sugerat interesul pentru sulf (Elon Musk a glumit despre faptul că Tesla cercetează „litiu și sulf” fără a oferi detalii, posibil pentru proiecte pe termen lung). În final, NASA și Boeing analizează Li-S pentru avioane: proiectul SABERS al NASA are o baterie cu sulf multi-strat care a atins 500 Wh/kg, ceea ce ar putea permite avioane electrice sau drone avansate businessaviation.aero.

Este clar că un ecosistem global de inovatori împinge bateriile pe bază de aluminiu și sulf înainte – de la startup-uri ambițioase la laboratoare naționale consacrate. Următorii câțiva ani (2025–2030) vor aduce, probabil, unele dintre aceste eforturi la maturitate sub forma unor produse reale și implementări pilot.

Descoperiri și inovații recente (2024–2025)

Perioada 2024–2025 a fost deosebit de interesantă pentru dezvoltările în bateriile pe bază de aluminiu și sulf, cu mai multe descoperiri notabile:

• Ian 2024 – Aluminiu-Sulf la 85 °C (Nature Communications): Cercetătorii au demonstrat o nouă baterie aluminiu–sulf care funcționează la 85 °C cu un electrolit de sare topită cuaternară, publicat în Nature Communications nature.com. Această baterie a prezentat capacitate de încărcare rapidă și o longevitate surprinzătoare: și-a păstrat 85,4% din capacitate după 1.400 de cicluri la o rată de încărcare de 1C nature.com. Important, 85 °C reprezintă o îmbunătățire semnificativă față de bateriile cu sare topită anterioare care necesitau 110–180 °C nature.com. Echipa a reușit acest lucru formulând un amestec special de săruri (cloroaluminați alcalini) cu un punct de topire scăzut, care a facilitat și mișcarea rapidă a ionilor de aluminiu nature.com. De asemenea, au folosit o catodă din carbon poros dopat cu azot care a ajutat reacțiile sulfului să decurgă rapid nature.com. Acest rezultat este semnificativ deoarece indică spre baterii de rețea practice, cu costuri reduse care ar putea funcționa cu încălzire simplă (chiar și doar apă fierbinte ca sursă de căldură, după cum notează autorii nature.com) și ar oferi încărcare rapidă fără degradare. Este un pas spre a face conceptul de baterie Al-S de la MIT mai ușor de utilizat și mai mobil.
• Oct 2024 – Lyten anunță fabrica Gigafactory de Li-S: Anunțul Lyten privind o gigafabrică de baterii litiu-sulf în Nevada a fost un titlu important în industrie la sfârșitul anului 2024 lyten.com. Aceasta este programată să fie prima gigafabrică din lume dedicată celulelor Li-S, vizând o producție de 10 GWh/an până în 2027 lyten.com. Și mai remarcabil a fost faptul că Lyten a declarat că bateriile sale Li-S intră deja pe piețe selectate în 2024 și 2025 – mai exact, au clienți în micromobilitate (biciclete electrice, trotinete), aerospațial (posibil sateliți sau drone de mare altitudine), drone și aplicații de apărare care folosesc bateriile lor lyten.com. Acest lucru sugerează că Lyten a trecut de la prototipuri de laborator la producție pilot și utilizare efectivă pe teren în aceste nișe. Decizia de a construi o fabrică mare indică încredere în scalarea tehnologiei și în materializarea cererii pentru aceasta. Este, de asemenea, un semnal important pentru industria bateriilor și pentru investitori că litiu-sulful se apropie de momentul de maturitate. Este posibil să vedem în curând produse care să se laude cu „baterie Li-S în interior”, cel puțin în aplicații de top sau specializate, ca urmare a acestui fapt.
• Mar 2025 – Theion strânge fonduri, susține o energie de 3×: În martie 2025, Reuters a raportat că Theion a strâns 15 milioane de euro pentru a-și extinde producția de baterii pe bază de sulf, care „stochează mai multă energie, dar costă mult mai puțin decât bateriile convenționale litiu-ion.” reuters.com Theion a dezvăluit public o parte din strategia sa tehnică, spunând că celulele lor au de trei ori densitatea energetică a celor Li-ion, la o treime din cost și o treime din emisiile de CO₂, după cum s-a menționat anterior reuters.com. Au abordat principalele preocupări afirmând că evită coroziunea rapidă folosind sulf cristalin și gestionează expansiunea prin pre-expandarea structurii catodului reuters.com. Finanțarea îi va ajuta să treacă de la celule tip monedă la celule tip pouch mai mari (potrivite pentru vehicule electrice sau aeronave) reuters.com. Această evoluție amintește că nu doar una, ci mai multe startup-uri (Lyten, Theion, altele) ating repere importante și atrag investiții, crescând șansele ca cel puțin una să reușească comercial. Este oarecum asemănător cu primele zile ale bateriilor litiu-ion, când mai multe companii și țări erau în cursă – aici avem jucători din SUA și Europa care promovează bateriile pe bază de sulf în același timp.
• 2023 – 2024 – Rezolvarea puzzle-ului ciclului de viață al sulfului: Pe parcursul anului 2023 și în 2024, mai multe grupuri de cercetare au publicat progrese în extinderea duratei ciclului bateriilor cu sulf. Un punct de atracție a fost studiul condus de Argonne (publicat în august 2022 în Nature Communications) care a demonstrat că un interstrat redox-activ poate îmbunătăți dramatic stabilitatea bateriilor Li-S anl.gov. La începutul anului 2023, au raportat că această abordare produce celule care își mențin capacitatea ridicată pe parcursul a sute de cicluri anl.gov, aducând Li-S tot mai aproape de viabilitatea pentru utilizarea de zi cu zi. La mijlocul anului 2024, o altă echipă a raportat o baterie Li-S pliabilă și flexibilă folosind o catodă specială din sulfură de fier care putea rezista chiar și la tăiere fără să cedeze acs.org – o soluție inovatoare pentru electronice purtabile sau flexibile pe bază de Li-S. Aceste inovații incrementale sunt importante: ele abordează problemele de detaliu (precum gestionarea polisulfurilor, stresul mecanic etc.) una câte una. Fiecare îmbunătățire aduce celulele Li-S mai aproape de a îndeplini cerințele riguroase ale electronicelor și vehiculelor comerciale.
• 2024 – Creșterea cercetării și dezvoltării bateriilor pe bază de aluminiu: Pe partea de aluminiu, sfârșitul anului 2024 a adus și cercetări interesante. Oamenii de știință au explorat noi materiale de catod pentru bateriile cu ioni de aluminiu, precum sulfură de cobalt, pentru a obține o capacitate mai mare și o mai bună înțelegere a mecanismelor de stocare a sarcinii nature.com. Există un volum tot mai mare de lucrări despre bateriile „multivalente” (inclusiv Al, Mg, Zn) care adesea împărtășesc provocări și descoperiri – de exemplu, electroliții îmbunătățiți care ajută un sistem pot fi uneori aplicați și altuia advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vedem, de asemenea, țări precum India investind în tehnologia bateriilor pe bază de aluminiu, nu doar prin aluminiu-aer de la Phinergy, ci și în cercetarea academică pentru a crea o baterie reîncărcabilă cu aluminiu potrivită pentru condițiile din India (guvernul finanțând proiecte în cadrul misiunii naționale de stocare a energiei). Deși acestea nu au ajuns încă pe primele pagini ale ziarelor la nivel global, ele contribuie la un avânt care se construiește în jurul bateriilor pe bază de aluminiu la nivel mondial.
• Semnale din politici și din piață: Poveștile de succes nu sunt doar tehnice. În 2024–2025, vedem semnale puternice din piață care susțin aceste noi baterii. Legea privind reducerea inflației (IRA) a guvernului SUA și alte politici încurajează lanțurile de aprovizionare interne pentru baterii – ceea ce avantajează chimii care pot fi produse cu materiale provenite local, precum sulful (SUA produce mult sulf din rafinarea petrolului) și aluminiul. Gigafabrica Lyten din Nevada și interesul Departamentului Apărării al SUA pentru baterii Li-S ușoare pentru soldați sau sateliți sunt rezultate ale acestor stimulente lyten.com. În Europa, accentul pe sustenabilitate face ca o baterie fără cobalt și fără nichel să fie foarte atractivă, de aici și finanțarea UE pentru proiecte precum Theion și altele. Chiar și în China, unde fabricarea bateriilor litiu-ion domină, au existat programe susținute de stat pentru baterii „de nouă generație” (de exemplu, se pare că CATL lucrează la o baterie hibridă sodiu-ion + sulf pentru lansare în jurul anului 2023/24 în stocarea staționară). Toate aceste tendințe indică faptul că a sosit momentul pentru bateriile pe bază de aluminiu și sulf – lumea caută soluții, iar tehnologia ține pasul cu aceste nevoi.

În esență, ultimii doi ani au transformat bateriile pe bază de aluminiu și sulf dintr-o curiozitate de laborator de nișă în candidați serioși pentru viitorul stocării energiei. După cum a spus un om de știință, „Suntem cu un pas mai aproape de a vedea această tehnologie în viața noastră de zi cu zi.” anl.gov Acest progres pas cu pas este exact ceea ce se întâmplă acum, iar următorul pas va fi comercializarea pe scară largă și extinderea acestor inovații.

Aplicații potențiale și impactul asupra energiei curate și vehiculelor electrice

Ascensiunea bateriilor pe bază de aluminiu și sulf ar putea avea impact asupra unei game largi de sectoare. Iată câteva dintre cele mai promițătoare aplicații și implicațiile lor:

• 🏠 Stocarea energiei regenerabile (rețea și acasă): Poate cel mai mare impact pe termen scurt va fi în stocarea staționară a energiei pentru energie curată. Una dintre marile provocări ale energiei regenerabile (solar, eolian) este intermitența – soarele și vântul nu sunt disponibile 24/7, așa că avem nevoie de baterii masive și economice pentru a stoca energie atunci când acestea nu produc. Bateriile litiu-ion au început să fie folosite pentru stocarea la nivel de rețea, dar sunt încă relativ scumpe și dependente de materiale importate. Bateriile cu aluminiu-sulf și sodiu-sulf, cu componentele lor extrem de ieftine, ar putea reduce drastic costul stocării unui kilowatt-oră. Sadoway de la MIT a vizat în mod special scara locuinței și a cartierului cu bateria sa Al-S – „dimensiunea necesară pentru a alimenta o singură locuință sau o afacere mică/medie” (de ordinul zecilor de kWh) news.mit.edu. Astfel de baterii ar permite proprietarilor de locuințe cu panouri solare pe acoperiș să stocheze energia din timpul zilei pentru a o folosi noaptea, la costuri reduse, sau micilor afaceri să aibă energie de rezervă fără generator diesel. La scară mai mare, companiile de utilități ar putea implementa bănci uriașe de baterii pe bază de aluminiu sau sodiu-sulf pentru a echilibra producția regenerabilă. Echipa de la Universitatea din Sydney a menționat că bateria lor Na-S cu cost redus ar putea „reduce semnificativ costul tranziției către o economie decarbonizată” oferind stocare accesibilă sydney.edu.au. În locurile fără geografie potrivită pentru stocare hidro cu pompare, aceste soluții electrochimice sunt esențiale. În plus, deoarece aceste baterii noi nu sunt inflamabile (important pentru siguranța comunității) și folosesc materiale abundente, pot fi produse și instalate local în multe regiuni – sporind securitatea energetică. Per ansamblu, bateriile staționare pe bază de aluminiu/sulf implementate pe scară largă ar permite o penetrare mai mare a energiei regenerabile, ar reduce limitarea (energia solară/eoliană irosită din lipsă de stocare) și ar ajuta la stabilizarea rețelei cu energie curată, disponibilă la cerere.
• 🚗 Vehicule electrice (EV): Bateriile mai ușoare și cu energie mai mare sunt Sfântul Graal pentru EV-uri și chiar pentru aviația electrică. Bateriile litiu-sulf sunt deosebit de atractive aici. Un pachet Li-S ar putea extinde dramatic autonomia de rulare a unui EV fără a adăuga greutate – sau, invers, ar permite aceeași autonomie cu o baterie mult mai ușoară, îmbunătățind eficiența. De exemplu, dacă un EV are nevoie astăzi de o baterie Li-ion de 600 kg pentru o autonomie de 300 mile, o baterie Li-S cu o densitate energetică de 2× ar putea atinge acest lucru cu ~300 kg, reducând semnificativ greutatea vehiculului. Acest lucru îmbunătățește accelerația, manevrabilitatea și reduce energia consumată pe milă. De asemenea, ar putea face camioanele și autobuzele electrice mai viabile prin eliberarea greutății utile. Companii precum Oxis Energy (înainte de a se închide) și Sion Power au colaborat cu parteneri din industria aerospațială și auto pentru pachete prototip Li-S destinate aeronavelor cu autonomie mare și EV-urilor. De fapt, celulele Li-S anterioare ale Sion Power au alimentat un Pseudo-Satelit de Mare Altitudine (o aeronavă solară fără pilot) care a doborât recorduri de durată de zbor în anii 2010. Mai recent, NASA și Airbus au analizat Li-S ca una dintre singurele modalități de a obține cei 500 Wh/kg necesari pentru avioane electrice de pasageri practice businessaviation.aero – succesul proiectului lor SABERS sugerează apariția la orizont a unor aeronave electrice regionale cu baterii pe bază de sulf. Taxiurile zburătoare electrice și dronele ar beneficia la fel; Theion a menționat explicit vehiculele zburătoare ca țintă reuters.com. Dincolo de Li-S, chiar și bateriile aluminiu-aer au un rol în EV-uri: ar putea servi ca un modul de extindere a autonomiei pe care îl activezi pentru călătorii lungi. Imaginează-ți un EV cu o baterie Li-ion mică pentru naveta zilnică și o “baterie auxiliară” aluminiu-aer pe care o reîncarci (schimbi aluminiul) doar când faci o excursie de 1.000 km. Astfel de arhitecturi hibride de baterii sunt luate în calcul în proiecte ale Indian Oil/Phinergy și altele. Trebuie menționat că EV-urile de masă nu vor trece la o chimie complet nouă peste noapte – siguranța, longevitatea și încărcarea rapidă trebuie demonstrate – dar spre finalul anilor 2020, este plauzibil ca modelele de top sau vehiculele cu scop special să vină cu baterii de nouă generație. Dacă se va întâmpla, ar putea duce performanța EV-urilor la noi cote (autonomii de peste 500 mile, încărcare foarte rapidă, mașini mai ușoare) și ar reduce dependența de minerale critice, permițând astfel adoptarea EV-urilor la scară mai mare fără blocaje de resurse.
• 📱 Electronice portabile și dispozitive purtabile: Smartphone-ul sau laptopul tău din viitor ar putea beneficia și ele de baterii pe bază de sulf sau aluminiu, deși aceste aplicații necesită o durată lungă de viață a ciclului și o autodescărcare redusă (zone în care Li-ion excelează în prezent). O baterie litiu-sulf ar putea face ca telefonul tău să funcționeze zile întregi între încărcări – amintește-ți de conceptul Universității Monash pentru un telefon care rezistă 5 zile cu o baterie Li-S advancedsciencenews.com. Economiile de greutate sunt mai puțin critice pentru un telefon, dar densitatea energetică contează. O provocare aici este că gadgeturile de consum se așteaptă la sute de cicluri și ani de viață calendaristică; Li-S va avea nevoie de mai multă rafinare pentru a atinge acest nivel. Totuși, am putea vedea gadgeturi de nișă sau dispozitive purtabile care le adoptă dacă oferă avantaje de formă. Bateriile pe bază de aluminiu, în special cele cu design flexibil precum cele de la Stanford, ar putea permite gadgeturi pliabile sau rulabile. De exemplu, o baterie cu ioni de aluminiu care este flexibilă ar putea fi integrată în cureaua unui smartwatch sau în îmbrăcăminte inteligentă. De asemenea, deoarece Al-ion poate fi făcută foarte sigură (fără risc de incendiu), acestea ar putea fi integrate în dispozitive fără carcase voluminoase de protecție, poate chiar permițând un design industrial mai creativ. Acestea sunt speculative, dar pe măsură ce producția se îmbunătățește, electronicele de consum ar putea deveni o piață importantă (au fost pentru creșterea inițială a litiu-ionului în anii 1990, până la urmă).
• ⚡ Infrastructură de încărcare rapidă: O aplicație mai puțin evidentă, dar importantă, este utilizarea acestor baterii noi pentru a facilita încărcarea rapidă a vehiculelor electrice și pentru a stabiliza rețeaua electrică. După cum a subliniat profesorul Sadoway, dacă multe vehicule electrice încearcă să se încarce simultan (cum ar fi mai multe mașini la o oprire pe autostradă), cererea de energie crește peste ceea ce rețeaua electrică poate furniza cu ușurință news.mit.edu. În loc să se modernizeze liniile electrice, instalarea unui buffer de baterii la stațiile de încărcare este mai inteligentă – bateria se încarcă lent din rețea și apoi livrează rapid energie către mașini când este nevoie. Pentru astfel de baterii buffer, costul și siguranța sunt esențiale, iar greutatea contează mai puțin. Acest lucru face ca bateriile aluminiu-sulf sau sodiu-sulf să fie candidați ideali. Ele stau la fața locului, stochează energie ieftin, nu prezintă risc de incendiu și pot elibera rapid încărcătura. Sadoway a menționat în mod special că sistemele Al-S ar putea „elimina necesitatea instalării unor linii electrice noi și costisitoare” pentru grupuri de încărcătoare rapide news.mit.edu. Practic, aceste baterii pot acționa ca amortizoare de șoc pentru rețeaua electrică, absorbând surplusul de energie și eliberând-o la cerere, fie pentru vârfurile de încărcare a vehiculelor electrice, fie pentru echilibrarea fluctuațiilor din producția de energie regenerabilă.
• 🏭 Backup industrial și comercial: Așa cum turnurile de telecomunicații folosesc aluminiu-aer pentru alimentare de rezervă, alte industrii și facilități comerciale ar putea folosi baterii pe bază de aluminiu sau sulf pentru a asigura fiabilitatea și a reduce dependența de generatoarele diesel. Centrele de date, de exemplu, au nevoie de baterii care să fie sigure, să aibă o durată lungă de viață în standby și să fie rentabile la scară mare – ne putem imagina camere cu baterii sodiu-sulf înlocuind băncile de baterii litiu-ion sau plumb-acid folosite în prezent pentru UPS (surse de alimentare neîntreruptibile). În locațiile izolate sau off-grid, bateriile ieftine care nu necesită înlocuire frecventă sunt extrem de valoroase (mai puține deplasări pentru mentenanță). Bateriile aluminiu-sulf, fiind proiectate ca având un cost foarte scăzut per kWh, ar putea permite microrețele în comunități rurale sau insulare, împreună cu panouri solare/eoliene, pentru a furniza energie 24/7 fără costuri prohibitive.
• 🚀 Aerospațial și Apărare: Performanța ridicată a acestor baterii este, în mod natural, atractivă pentru aplicații aerospațiale și de apărare. După cum s-a menționat, sateliții și dronele de mare altitudine (pseudo-sateliți) au folosit cu succes Li-S datorită greutății reduse și performanței bune la temperaturi scăzute (bateriile spațiale funcționează adesea la rece). Armata SUA este interesată de baterii mai ușoare pentru soldați (pentru a reduce povara de a transporta multe kilograme de baterii Li-ion) – o baterie pe bază de sulf ar putea reduce dramatic această greutate. În plus, deoarece bateriile cu sulf nu conțin compuși care eliberează oxigen (spre deosebire de Li-ion, care poate elibera O₂ în caz de scăpare termică), acestea ar putea fi mai sigure în medii închise precum submarinele sau navele spațiale. Aluminiu-aer ar putea servi ca sursă de energie subacvatică pentru submarine fără pilot cu autonomie mare, unde realimentarea cu aluminiu este fezabilă. Sectorul de apărare acționează adesea ca un adoptator timpuriu pentru tehnologiile de vârf care ulterior ajung la scară largă, astfel că investițiile lor în tehnologia bateriilor pe bază de aluminiu și sulf pot accelera dezvoltarea. De fapt, primele colaborări ale Lyten în 2024–25 cu piețele de spațiu, drone și apărare sugerează că contractele de apărare ajută la validarea tehnologiei lyten.com înainte de utilizarea pe scară largă de către consumatori.

În toate aceste aplicații, impactul general este accelerarea și extinderea tranziției către energie curată. Prin reducerea drastică a costurilor bateriilor și eliberarea de constrângerile lanțului de aprovizionare cu litiu-ion, bateriile pe bază de aluminiu și sulf ar putea face vehiculele electrice accesibile pentru mai mulți oameni (esențial pentru decarbonizarea transportului), ar putea face energia regenerabilă mai fiabilă și mai răspândită (esențial pentru decarbonizarea electricității) și chiar ar putea crea noi posibilități, precum zborul electric. De asemenea, acestea aduc beneficii de mediu în utilizare: de exemplu, înlocuirea generatoarelor diesel de rezervă cu baterii aluminiu-aer sau sodiu-sulf reduce poluarea locală a aerului și emisiile de CO₂. Dacă tehnologia își va respecta promisiunea, lumea ar putea vedea mașini electrice mai ieftine, rețele curate mai reziliente și o reducere a exploatării metalelor rare – un efect de feedback pozitiv atât pentru economie, cât și pentru mediu.

Implicații economice și de mediu

Din perspectivă economică, bateriile pe bază de aluminiu și sulf ar putea fi disruptive în cel mai bun mod posibil: prin reducerea costului de stocare a energiei și diversificarea lanțului de aprovizionare. O baterie reprezintă o parte semnificativă din costul unui vehicul electric sau al unui sistem de energie regenerabilă, așa că bateriile mai ieftine înseamnă produse mai ieftine și o adoptare mai rapidă. Analiștii au remarcat că materiale precum aluminiul și sulful costă o fracțiune infimă față de litiu, nichel sau cobalt. De exemplu, o estimare a evaluat costul materialelor pentru celulele cu aluminiu-sulf la doar ~15% dintr-o celulă echivalentă cu litiu-ion news.mit.edu. Dacă aceste economii se reflectă în producție, am putea vedea prețurile bateriilor (pe kWh) scăzând mult sub curba actuală de învățare a litiu-ionului. Stocarea ieftină ar putea apoi stimula creșterea economică prin facilitarea unor noi modele de afaceri (cum ar fi mai multe ferme solare, proiecte de stocare comunitară etc.) și prin reducerea costurilor cu energia pentru consumatori (imaginează-ți să-ți încarci bateria casei în fiecare după-amiază cu energie solară și să nu mai plătești niciodată tarifele de vârf ale rețelei).

Există și o dimensiune geopolitică: Producția de baterii litiu-ion este astăzi puternic concentrată (China domină fabricarea celulelor, iar țări precum RDC furnizează mineralele cheie). Aluminiul, însă, este topit în întreaga lume (iar reciclarea oferă și o sursă locală), iar sulful este omniprezent. Multe țări care nu au resurse de litiu au totuși industrii robuste de aluminiu (de exemplu, India, așa cum am văzut cu IOC Phinergy). Astfel, bateriile pe bază de aluminiu ar putea permite mai multor națiuni să își construiască industrii locale de baterii fără a depinde de litiu sau cobalt importat. Această diversificare ar putea reduce riscurile globale ale lanțului de aprovizionare și ar face tranziția către mobilitate electrică și energie regenerabilă mai rezilientă la penurii sau instabilitate politică. În Nevada, fabrica Lyten planificată este un exemplu – folosind sulf provenit din SUA și asamblând bateriile pe plan local lyten.com se aliniază cu politicile de relocalizare a lanțului de aprovizionare cu baterii și de creare a locurilor de muncă locale (ei estimează 1.000 de locuri de muncă la scară maximă doar în acea fabrică lyten.com).

Pe plan de mediu, aceste baterii oferă multiple avantaje:

• Amprentă de carbon mai redusă: Producția de baterii este intensivă energetic, dar bateriile cu sulf și aluminiu pot fi fabricate cu procese mai puțin exotice. Rafinația cobaltului și a nichelului este deosebit de poluantă. Eliminând aceste materiale, producătorii pot reduce emisiile de CO₂ pe kWh de baterie. Theion a susținut o reducere cu 2/3 a amprentei de carbon pentru bateriile lor cu sulf față de cele cu litiu-ion reuters.com. De asemenea, sulful poate fi obținut ca produs secundar de deșeu (practic fără cost suplimentar de carbon pentru obținerea lui), iar reciclarea aluminiului folosește doar ~5% din energia necesară pentru producția primară de aluminiu – astfel, utilizarea aluminiului reciclat în baterii ar reduce semnificativ energia încorporată a acestora.
• Reciclare și sfârșitul ciclului de viață: Aluminiul este deja unul dintre cele mai reciclate materiale (gândește-te la dozele de aluminiu). Există o infrastructură pentru a topi deșeurile de aluminiu și a le reutiliza. Dacă bateriile cu metal de aluminiu devin comune, ne putem imagina că anodurile de aluminiu uzate vor fi colectate și reciclate în mod obișnuit, cu o eficiență ridicată – o economie circulară pentru metalul din baterii. Sulful, în contextul bateriilor, ar putea fi mai dificil de reciclat direct din celule (mai ales dacă este legat în compuși), dar, fiind ieftin și netoxic, chiar dacă ajunge la groapa de gunoi nu reprezintă un pericol de mediu la fel de mare ca, de exemplu, plumbul sau cadmiul din bateriile mai vechi. Cercetătorii ar putea găsi modalități de a recupera sulful sau de a transforma deșeurile de sulf din baterii în substanțe chimice utile (sulful este folosit și în îngrășăminte, de exemplu). Lipsa metalelor grele din aceste baterii înseamnă deșeuri electronice mai puțin toxice dacă sunt eliminate necorespunzător și, ideal, o manipulare mai ușoară în facilitățile de reciclare.
• Impact redus al mineritului: Exploatarea litiului, cobaltului și nichelului are impacturi semnificative asupra mediului și societății – de la consumul de apă în extragerea litiului din saramură, la distrugerea habitatelor și poluarea din jurul minelor de nichel, până la problemele de muncă infantilă din unele operațiuni de minerit de cobalt. Prin reducerea sau eliminarea necesității acestor materiale, bateriile cu aluminiu și sulf ar putea atenua aceste presiuni. Aluminiul nu este lipsit de impact (extragerea bauxitei și topirea aluminiului au propriile probleme, cum ar fi deșeurile de tip „red mud” și consumul ridicat de electricitate), dar aceste procese sunt bine reglementate în multe țări și tehnologia se îmbunătățește (de exemplu, anozi inerti pentru topirea aluminiului pentru a reduce emisiile). Și, din nou, reciclarea aluminiului reduce semnificativ nevoia de minerit nou. Utilizarea sulfului este în principal despre reutilizarea unui produs secundar existent – ar putea de fapt să rezolve o problemă (stocuri uriașe de sulf) în loc să creeze una.
• Siguranță și sănătate: Incendiile de baterii au fost o preocupare la litiu-ion, deoarece arderea Li-ion eliberează fumuri toxice și poate provoca incendii greu de stins (așa cum au arătat unele incidente cu incendii la vehicule electrice). Bateriile neinflamabile înseamnă mai puține incidente de incendiu, ceea ce este un câștig pentru siguranța societății. De asemenea, înseamnă o manipulare mai sigură a bateriilor la transport și în centrele de reciclare. De exemplu, vehiculele electrice casate cu pachete Li-ion prezintă un risc de incendiu dacă sunt deteriorate; un vehicul electric cu un pachet aluminiu-sulf ar putea fi mult mai sigur de demontat. La fel și în dispozitivele de consum – mai puține dispozitive care explodează sau iau foc (gândindu-ne la celebrele incendii de baterii de telefon) este benefic pentru sănătatea publică și încrederea în tehnologia bateriilor.
• Energie de rezervă curată: În locurile care depind în prezent de generatoare diesel pentru energie de rezervă sau în zone izolate (insule, adăposturi de urgență, turnuri de telecomunicații), înlocuirea acestora cu baterii aluminiu-aer sau sodiu-sulf elimină arderea combustibilului diesel, ceea ce înseamnă fără emisii de gaze cu efect de seră, fără poluare cu particule și fără zgomot. Aceasta este o îmbunătățire directă a mediului și a calității vieții. De exemplu, turnurile de telecomunicații care funcționează pe aluminiu-aer în India vor produce zero emisii locale, în timp ce generatoarele diesel contribuie la poluarea aerului și la emisiile de carbon.

Per total, bateriile cu aluminiu și sulf au potențialul de a democratiza stocarea energiei – făcând-o suficient de accesibilă și ecologică încât să putem implementa baterii oriunde avem nevoie de ele pentru a permite un viitor energetic curat. Nu vor fi o soluție universală (probabil vom avea o combinație de tehnologii de baterii în uz), dar apariția lor pe piață poate reduce costurile și poate forța toți producătorii de baterii să îmbunătățească sustenabilitatea.

Desigur, succesul economic al acestor baterii nu este garantat; ele trebuie să demonstreze că pot fi fabricate ieftin și să funcționeze fiabil la scară largă. Însă investițiile recente și succesele prototipurilor sunt foarte încurajatoare. Dacă vor reuși, câștigul nu va fi doar mașini electrice mai ieftine sau gadgeturi mai bune – ci o reducere semnificativă a impactului asupra mediului al utilizării bateriilor și un impuls pentru eforturile globale de decarbonizare.

Concluzie: Un viitor luminos alimentat de elemente comune

Bateriile pe bază de aluminiu și sulf, odinioară considerate tehnologii outsider, se apropie rapid de realitatea comercială. Aceste baterii exemplifică o idee convingătoare: folosirea ingredientelor simple și abundente pentru a rezolva probleme energetice complexe. În ultimii câțiva ani, progresele în chimie și știința materialelor au adus această idee mult mai aproape de realizare. Avem acum prototipuri de celule aluminiu-sulf care se pot încărca rapid în câteva minute și funcționează mii de cicluri nature.com, baterii litiu-sulf care ating densități energetice la care acum un deceniu doar visam reuters.com, și chiar sisteme aluminiu-aer care încep să fie folosite în practică pentru a furniza energie curată evreporter.com.

Trecerea de la dependența de metale rare și importuri costisitoare la baterii fabricate din elemente „ieftine ca la subsol” precum Al și S ar putea remodela industria bateriilor așa cum siliciul a făcut-o pentru industria electronică – permițând scalare masivă și reducerea costurilor. După cum a glumit Sadoway, aceste baterii noi au „tot ce ți-ai putea dori de la o baterie: electrozi ieftini, siguranță bună, încărcare rapidă, flexibilitate și durată lungă de viață” news.stanford.edu. Mai sunt încă probleme de rezolvat, dar direcția este clară.

În anii următori, ne putem aștepta să auzim despre implementări pilot (poate o fermă solară din California folosind celule aluminiu-sulf de la MIT sau o dronă alimentată de un pachet Lyten Li-S care stabilește recorduri de anduranță). Pe măsură ce producția crește, costurile ar trebui să scadă și mai mult, iar orice lacune tehnice rămase – fie că este vorba de durata ciclului sau de temperatura de operare – vor fi probabil rezolvate de cercetarea intensă aflată în desfășurare la nivel global.

Pentru publicul larg, impactul ar putea fi resimțit în moduri subtile, dar importante: o mașină electrică mai ieftină și cu autonomie mai mare, un smartphone care rămâne încărcat tot weekendul, un cartier care are lumină cu ajutorul unei baterii când o furtună întrerupe rețeaua, știind că toate acestea sunt realizate cu materiale la fel de comune ca folia de aluminiu și îngrășământul de grădină (sulf). Pofta lumii pentru baterii este în continuă creștere, iar tehnologiile pe bază de aluminiu și sulf asigură că putem satisface această poftă într-un mod sustenabil.

După cum a declarat optimist un om de știință implicat în dezvoltarea acestor baterii, „Aceste rezultate demonstrează … un impact uriaș asupra dezvoltării [bateriilor]. Suntem cu un pas mai aproape de a vedea această tehnologie în viața noastră de zi cu zi.” anl.gov Într-adevăr, viitorul în care viețile noastre sunt alimentate de aluminiu și sulf – două dintre cele mai neînsemnate elemente ale Pământului – este acum vizibil la orizont. Revoluția în stocarea energiei este în curs de desfășurare și se bazează pe elementele de bază ale chimiei comune, ingineriei inovatoare și impulsului urgent pentru un viitor energetic mai curat și mai ieftin.

Surse: Informațiile și citatele din acest raport sunt extrase din surse credibile recente, inclusiv studii evaluate de colegi, comunicate de presă universitare, știri din industrie și rapoarte Reuters. Referințele cheie includ MIT News despre bateria aluminiu-sulf news.mit.edu, descoperirile Argonne National Lab în domeniul litiu-sulf anl.gov, acoperirea Reuters a dezvoltărilor Theion și Lyten reuters.com, lyten.com, și interviuri cu lideri din industrie (de exemplu, CEO-ul Phinergy despre avantajele aluminiu-aer evreporter.com). Acestea și alte citări din text oferă dovezi detaliate care susțin afirmațiile făcute.