Komercjalizacja nowych baterii trwa latami. Dlaczego tak długo trafiają na rynek?

Komercjalizacja nowych baterii może trwać wiele lat, nawet gdy pierwsze testy laboratoryjne przynoszą obiecujące wyniki. Ogniwa z aluminiową anodą i grafitową katodą pokazują, że opracowanie nowej chemii to dopiero początek drogi do bezpiecznej i masowej produkcji.

Każdy składnik baterii musi współpracować z pozostałymi

Ogniwa litowo-jonowe weszły na rynek w 1991 r. i nadal dominują w samochodach elektrycznych. Zapewniają dużą gęstość energii, ale uszkodzenie może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury. Ich produkcja wiąże się również z wydobyciem litu, niklu, kobaltu i grafitu, dlatego znaczenia nabiera recykling baterii i odzyskiwanie zawartych w nich surowców.

Według relacji NTNU zespół prof. Ann Mari Svensson buduje małe ogniwa pastylkowe, ładuje je i rozładowuje nawet tysiąc razy, a następnie bada ich wnętrze mikroskopem elektronowym i metodami chemicznymi. Celem jest ustalenie, jakie produkty reakcji odkładają się na graficie i dlaczego ogniwo traci sprawność. Nad ograniczaniem degradacji pracują także zespoły wykorzystujące algorytmy dostosowujące sposób ładowania baterii.

W badanym układzie aluminium pełni funkcję anody, a grafit katody. Problemem pozostaje elektrolit, który przewodzi jony między elektrodami. W tego rodzaju bateriach jest on także źródłem jonów uczestniczących w magazynowaniu ładunku, więc jego masa wyraźnie wpływa na gęstość energii całego ogniwa. Badacze muszą znaleźć elektrolit tańszy, lżejszy, stabilny termicznie i zgodny z obiema elektrodami. To nadal etap badań laboratoryjnych, a nie gotowy akumulator samochodowy.

Różne technologie do różnych zastosowań

Sód może zastąpić lit w odrębnej chemii ogniwa i jest łatwiej dostępny. Technologia sodowo-jonowa weszła już w fazę zwiększania skali produkcji, szczególnie w Chinach, które są centrum produkcji samochodów elektrycznych i akumulatorów. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej nadal ma jednak niższą gęstość energii niż najnowsze ogniwa LFP i NMC. Lepiej odpowiada więc krótkodystansowym pojazdom oraz zastosowaniom, w których masa ma mniejsze znaczenie.

LFP i NMC nie są zamiennikami technologii litowo-jonowej, lecz dwiema jej odmianami. LFP nie wykorzystuje niklu ani kobaltu i zwykle oferuje niższy koszt oraz dłuższą żywotność kosztem gęstości energii. NMC pozwala przechować więcej energii w określonej masie. Z kolei baterie ze stałym elektrolitem nadal mogą wykorzystywać lit – zmienia się przede wszystkim postać elektrolitu.

Nie ma zatem jednej baterii najlepszej do wszystkiego. Samochód sportowy potrzebuje lekkiego źródła dużej mocy, natomiast prom lub stacjonarny magazyn energii może zaakceptować większą masę w zamian za niższą cenę i dłuższą pracę.

Od pastylki laboratoryjnej do samochodu

Ogniwo przeznaczone do pojazdu musi przejść badania odporności m.in. na wibracje, szok termiczny, uderzenia, zwarcie i przeładowanie. Fride Vullum-Bruer z SINTEF ocenia, że droga nowej koncepcji na rynek może zająć około dziesięciu lat. Nie jest to uniwersalny termin, lecz dobrze pokazuje różnicę między obiecującą pastylką w laboratorium a bezpiecznym produktem wytwarzanym masowo.

Szymon Ślubowski