Li-Ion

Acest mod de a înţelege lumea, de a percepe realitatea, a continuat, pentru unii dintre noi, prin felul în care verificam starea bateriilor de 4,5 volţi, alea pătrate, de culoare roşie. În funcţie de intensitatea înţepăturilor de pe limbă, puteam aprecia nivelul de descărcare a bateriilor. Mai erau cele cilindrice, care, uitate în diverse aparate, aveau prostul obicei de a curge, eliminând electrolitul, care distrugea totul, precum lanterne şi aparate de radio, lăsând pe mâini o substanţă care, pentru copiii din acele vremuri, avea „gust de baterie”.

Bateria, adică acest dispozitiv care transformă energia chimică în energie electrică, nu s-a schimbat radical de vreo 200 de ani. Pe la 1800, Alessandro Volta, profesor la Universitatea din Pavia, inventează „pila voltaică” (alţii au inventat şi alt fel de „pile”, dar asta e altă poveste…). Aceasta era compusă din electrozi din zinc şi cupru, între care erau amplasate, pe post de electrolit, hârtii îmbibate cu soluţie salină. Volta a trecut în nemurirea absolută, numele său fiind atribuit pentru unitatea de măsură a tensiunii electrice. Aceeaşi soartă nefericită au avut-o şi André-Marie Ampère şi James Watt, care au dat numele unităţilor de măsură pentru intensitate şi putere (ce-i drept, i-au ajutat şi numele lor uşor de pronunţat, că ce ne făceam dacă pe unul dintre ei l-ar fi chemat, de exemplu, Widmanstätten, cel cu structurile metalografice care îi poartă numele, ştiu studenţii de la inginerie mecanică şi industrială la ce mă refer…).

În 1955, inginerul canadian Lewis Urry (absolvent de inginerie chimică, în 1950, al Universităţii din Toronto) inventa bateria alcalină, cea din zilele noastre, în forme cilindrice şi cu diferite mărimi: AAA, AA, C, sub-C sau D. Denumirea provenea de la utilizarea unui metal alcalin, potasiul (de fapt hidroxid de potasiu) ca electrolit, electrozii fiind din zinc şi dioxid de mangan.

Pe lângă acele baterii ale trecutului, care se descărcau rapid şi mai şi curgeau, existenţa noastră mai era populată şi de acumulatoarele de la autoturisme, care erau coşmarul hibernal al fiecărui şofer ce nu era fericitul posesor al unui garaj unde „bateria” era cât-de-cât protejată. Aceste acumulatoare erau pe bază de plumb şi acid, o invenţie din 1859 a unui fizician francez, Gaston Planté. Era un adevărat sport naţional de iarnă, o adevărată probă olimpică, transportarea bateriei în apartament, alimentarea acesteia la un redresor, după care urma, dimineaţa, amplasarea bateriei în locaşul corespunzător din habitaclul motorului, conectarea legăturilor electrice, rostirea obligatorie a unei rugăciuni şi rotirea cheii de motor. Dacă nu pleca „din prima” erai pierdut…

Lucrurile s-au schimbat total odată cu apariţia bateriilor reîncărcabile, a acumulatoarelor de tip Litiu-Ion (peste 70% din depozitele mondiale de minereu ce conţin Litiu sunt în America de Sud: Chile-7,5 milioane tone, Bolivia-9 milioane tone şi Argentina-2,6 milioane tone). Aceste acumulatoare sunt constituite, în varianta Li-Ion-polimer dintr-o celulă (pilă electrochimică) ce este fabricată dintr-un anod de carbon (electrod negativ) şi un electrod pozitiv – catod, compus din oxid de litiu-cobalt, oxid de litiu-mangan, litiu-titanat sau fosfat de litiu-fier. Electrolitul este de obicei un polimer cu litiu, ce conţine, în loc de solventul lichid, fie un gel, fie un electrolit polimeric cum ar fi oxid de polietilenă, poliacrilonitril sau polimetil-metacrilat (cred că este clar pentru toată lumea, da?).

Cel care a intuit, primul, valenţele litiului în creşterea performanţelor acumulatoarelor a fost chimistul britanic Michael Stanley Whittingham, profesor la Universitatea Binghamton, parte din State University of New York, în timp ce lucra pentru Exxon în anii 1970. Apoi au urmat cercetările desfăşurate în 1979 de către N. A. GodshallI, D. Raistrick, R. A. Huggins (Universitatea Stanford), B. Goodenough (Universitatea Oxford) şi Koichi Mizushima (Universitatea Tokyo). În 1985 Akira Yoshino (Meijo University, Japonia) a asamblat o celulă prototip folosind material carbonic în care ionii de litiu puteau fi introduşi ca un electrod, iar oxidul de litiu cobalt la celălalt, ceea ce a îmbunătăţit siguranţa în exploatare a acestor acumulatoare.

Toată această aventură ştiinţifică s-a încheiat, pentru moment, în 2019, atunci când premiul Nobel pentru chimie a fost acordat lui John Goodenough, Stanley Whittingham şi Akira Yoshino „pentru dezvoltarea acumulatoarelor Litiu-Ion”, care sunt mai uşoare, au o densitate de energie mai mare şi au dimensiuni mai reduse.

Oricum, vremurile s-au schimbat, nu mai este ca odată, când am tot transportat în casă acumulatoarele cu plumb, destul de grele, fapt care a produs o diminuare a circumferinţei abdominale a unor conducători auto, iar altora le-a deschis calea spre clinicile de ortopedie sau neurochirurgie, aplicându-se regula conform căreia fiecare om are norocul său!

Prof. univ. dr. ing. Neculai Eugen Seghedin este cadru didactic şi prorector responsabil cu activitatea didactică la Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi" din Iaşi