Dogodilo se to nedugo nakon rata, onog drugog. Dovezli vozači robu kamionima iz Splita u Zagreb, robu istovarili, pa otišli spavati. Kad ujutro – užas!

Ne, nitko im nije ukrao kamione, čak nije ni gume (s felgama) skinuo. Problem je bio ispod haube. Umorni od puta nisu napravili ono što su trebali učiniti, a to je da ispuste vodu za hlađenje. U Zagrebu je te noći pao snijeg, sve se zabijelilo, a to znači da se temperatura spustila debelo ispod nule (u to su doba zime bile mnogo hladnije nego danas). Voda se u hladnjaku motora smrznula, a kako voda smrzavanjem povećava volumen (anomalija vode!), hladnjaci su u motorima svih kamiona pukli – a to je bila velika šteta i još veća nevolja. 

Što je na kraju od svega toga bilo, ne znam, no znam da se to danas nikome ne može dogoditi, da mu se smrzne voda u hladnjaku automobila, ne samo zato što danas teško da ikada pada, pa i zimi, temperatura ispod ledišta vode, nego i zato što danas svaka voda za hlađenje motora obavezno sadrži antifriz, vozio auto ljeti ili zimi. Drugim riječima, automobili s motorom na unutrašnje izgaranje mogu voziti pri bilo kojoj temperaturi. No to se ne bi moglo reći za automobile na električni pogon, za elektromobile.

Problem je dakako u litij-ionskoj bateriji koja, kao svaki uređaj, ima radnu i optimalnu temperaturu. Ona je prije svega određena elektrolitom. To je fluoretilen-karbonat (FEC), s talištem 18-23 ^oC. Iz toga bi čitatelj zaključio da baterija ne može raditi na temperaturama nižim od 18 ^oC, jer bi se, razumije se, elektrolit na njima zamrznuo. No nije baš tako budući da baterije sadržavaju i litijev heksafluorofosfid (LiPF₆), jer upravo taj kemijski spoj prenosi litijeve ione s elektrode na elektrodu. Talište otapala se snižava kada se u njemu nešto otopi, pa litij-ionske baterije mogu raditi na temperaturi od 0 do 40 ^oC. To je dobro za laptop i mobitel, ali nije dobro za elektromobil koji bi trebao voziti pri svakom vremenu i u svakom podneblju, podnositi tropsku vrućinu (60 ^oC) i polarnu hladnoću (-40 ^oC).

Rješenje za to dakako postoji. Treba dodati još jedno otapalo, a to je etil-acetat (EA) koji se ledi tek pri -84 ^oC. I eto, znanstvenici su napravili bateriju sa smjesom EA i FEC (u volumnom omjeru 9:1) čiji se elektrolit nije ledio ni pri -40 ^oC. No kada su je uključili, ubrzo joj je pao kapacitet. Razlog tome je bilo rast dendrita na grafitnoj elektrodi i – još gore – razvijanje plina na njoj. Litij je naime reducirao FEC na vodik i ugljikov dioksid, a EA na vodik, ugljikov monoksid i ugljikovodike (metan, etan, eten). I što sad?

Ima jedna stara priča o Kinezu koji je kuhao najbolji čaj u Kini. Nikome nije odao tajnu svoga napitka sve dok se nije našao na smrtnoj postelji: „Stavite malo više čaja!“ Upravo su to napravili njegovi sunarodnjaci koji su u časopisu Matter objavili znanstveni članak „Inhibiting gas generation to achieve ultralong-lifespan lithium-ion baterries at low temperatures“. Što su učinili? Povećali su koncentraciju LiPF₆.

Povećanjem koncentracije LiPF₆ od 1 na 3 mol/L dogodilo su čudo: dobili su „vječnu“ litij-ionsku bateriju: nakon pune godine (12 mjeseci) rada i 1400 ciklusa punjena i pražnjenja, nisu mogli zapaziti ni najmanje smanjenje kapaciteta. No nije sve sjajno i bajno. Baterija je „vječna“ samo pri specifičnim uvjetima rada, a to znači ako se puni i prazni pri točno -20 ^oC i do 20 % kapaciteta (0,2 C). Radi li pak baterija pri realističnijim uvjetima, tj. punjenjem do 50 % (0,5 C), kapacitet joj se smanjuje za 0,0097 % po ciklusu – nakon 4000 ciklusa punjenja i pražnjenja, kapacitet joj se smanjio za 40 %. Još se slabije baterija ponaša pri nižim i višim temperaturama: pri 45 ^oC (0,5 C) gubi 40 % kapaciteta već nakon 300 ciklusa.

I što na kraju reći? Nijedno tehničko rješenje nije najbolje za sve, no nema ni tehničkog rješenja, ako je dobro, da ne bi našlo neku, makar ograničenu primjenu. Tako je to i u slučaju „vječne“ baterije. Bit će dobra ako treba čuvati malo energije u hladnim, zabačenim krajevima, recimo za napajanje automatske meteorološke stanice ili za pogon motornih saonica. A za pogon automobila? Može i to, ako se bateriji omogući hlađenje.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.