Rewolucja w elektromobilności - baterie ze stałym elektrolitem
Napędzany przez rozwój pojazdów elektrycznych (EV), systemów energii odnawialnej i urządzeń przenośnych, popyt na zaawansowane technologie bateryjne szybko rośnie. Baterie ze stałym elektrolitem (solid-state batteries, SSB) stopniowo i nie bez przeszkód stają się przełomowym rozwiązaniem.
Co sprawia, że baterie ze stałym elektrolitem są wyjątkowe?
Baterie ze stałym elektrolitem różnią się od tradycyjnych baterii litowo-jonowych tym, że ciekły elektrolit zastąpiono stałym. Ta zmiana znacznie poprawia wydajność i bezpieczeństwo. W przeciwieństwie do łatwopalnych ciekłych elektrolitów stosowanych w konwencjonalnych bateriach stałe elektrolity są niepalne, co zmniejsza ryzyko pożarów i niekontrolowanego wzrostu temperatury.
Baterie SSB mogą również jako anodę wykorzystywać lit metaliczny, co zwiększa gęstość energii. Oznacza to mniejsze i lżejsze baterie o większym zasięgu, co jest kluczowym parametrem dla branż takich jak e-mobilność i lotnictwo. Ponadto stały elektrolit zapewnia bardziej stabilną pracę w czasie, minimalizując degradację baterii i wydłużając żywotność systemów magazynowania energii.
Zalety technologii baterii SSB:
- Zwiększone bezpieczeństwo: Dzięki niepalnym stałym elektrolitom, SSB znacznie zmniejszają ryzyko poważnych awarii, co czyni je bezpieczniejszym wyborem dla elektroniki użytkowej, pojazdów elektrycznych i magazynów sieciowych.
- Wyższa gęstość energii: Dzięki umożliwieniu stosowania anod litowo-metalowych, SSB osiągają gęstości energii przewyższające gęstości tradycyjnych baterii litowo-jonowych. Ta zaleta przekłada się na dłuższy zasięg pojazdów elektrycznych i bardziej kompaktowe konstrukcje urządzeń przenośnych.
- Wydłużona żywotność: Baterie ze stałym elektrolitem wykazują niższe wskaźniki utraty pojemności w czasie, co zmniejsza częstotliwość wymian i czyni je idealnymi do zastosowań wymagających długoterminowej niezawodności.
- Szybsze ładowanie: Unikalne właściwości stałych elektrolitów umożliwiają szybszy transport jonów, torując drogę do szybszych czasów ładowania bez uszczerbku dla bezpieczeństwa.
Wyzwania produkcyjne
Chociaż zalety technologii baterii ze stałym elektrolitem są niepodważalne, ich produkcja wiąże się ze znacznymi wyzwaniami.
- Zgodność materiałowa: Opracowanie stałych elektrolitów, które są zarówno wydajne, jak i stabilne w połączeniu z elektrodami, jest złożonym zadaniem.
- Procesy produkcyjne: W przeciwieństwie do elektrolitów ciekłych, materiały stałe wymagają precyzyjnych technik wytwarzania, które mogą być kosztowne i czasochłonne.
- Wyższe koszty: Obecnie koszty materiałów i procesów produkcyjnych, związane z produkcją baterii SSB, są wyższe niż w przypadku tradycyjnych baterii. Aby baterie SSB były opłacalne komercyjnie, potrzebne są oszczędności wynikające ze skali i postęp technologiczny.
Aplikacje
Baterie ze stałym elektrolitem mają potencjał, aby zrewolucjonizować wiele sektorów:
- E-mobilność: Wysoka gęstość energii i bezpieczeństwo baterii SSB sprawiają, że idealnie nadają się one do pojazdów elektrycznych, oferując większy zasięg, zmniejszoną masę i zwiększone bezpieczeństwo. Giganci motoryzacyjni już inwestują duże środki w badania nad bateriami SSB, aby zasilać kolejną generację pojazdów elektrycznych.
- Systemy magazynowania energii odnawialnej (ESS): W przypadku sieciowych magazynów energii, SSB oferują trwałość i niezawodność potrzebną do uzupełnienia nieregularnych odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa.
- Elektronika użytkowa: Kompaktowy rozmiar i możliwość szybkiego ładowania SSB mogą na nowo zdefiniować urządzenia przenośne, zapewniając trwalsze baterie, które ładują się w ciągu kilku minut.
- Lotnictwo i militaria: Wysoka gęstość energii i wytrzymałość sprawiają, że SSB nadają się do wymagających środowisk, w tym eksploracji kosmosu i zastosowań wojskowych.
Jak będzie przyszłość SSB?
Ze względu na ich doskonałe bezpieczeństwo, gęstość energii i szybkość ładowania, baterie ze stałym elektrolitem stają się atrakcyjnym źródłem zasilania dla pojazdów elektrycznych i urządzeń konsumenckich. Chociaż rynek oferuje obiecujące perspektywy, proces komercjalizacji nie przebiega jak dotychczas bez przeszkód.
Jak donosi EnergyTrend, na konferencji World New Energy Vehicle Conference 2024, Lian Yubo, szef działu technologicznego BYD stwierdził, że baterie półprzewodnikowe mogą potrzebować kolejnych 3–5 lat, aby stać się powszechnie stosowane. Pomimo postępu SSB, dzięki znacznym udoskonaleniom technicznym i ich powszechności w ponad połowie obecnych zastosowań, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) prawdopodobnie pozostaną dominującym rozwiązaniem na rynku. Lian twierdzi, że SSB prawdopodobnie będą stosowane w najbardziej zaawansowanych modelach, podczas gdy większość popularnych modeli nadal będzie zasilana przez tradycyjne akumulatory.
Podczas konferencji World Power Battery Conference 2024, szef CATL, Zeng Yuqun stwierdził, że dojrzałość technologii baterii ze stałym elektrolitem jest nadal na wczesnym etapie, około poziomu 4 w dziewięciostopniowej skali TRL, gdzie 9 oznacza pełną dojrzałość i zdolność do produkcji na dużą skalę. Zarówno BYD, jak i CATL podkreśliły, że większość obecnie dostępnych SSB to w rzeczywistości rozwiązania ‘pół-stałe’, podczas gdy ‘całkowicie-stałe’ konstrukcje znajdują się w istocie na etapie laboratoriów i są dalekie od praktycznego zastosowania.
Żródło: powerelectronicsnews.com, futurebatterylab.com
Zdjecie tytułowe: © futurebatterylab.com