Pobudzenie innowacji w dziedzinie akumulatorów nowej generacji
Podczas gdy większość znajdujących się obecnie w obiegu akumulatorów samochodowych nadal oparta jest na technologii kwasowo-ołowiowej – powstałej w 1859 roku – coraz większą popularność zyskują akumulatory litowo-jonowe. Ich główne korzyści to większa gęstość energii, wyższa pojemność napięciowa i dłuższa żywotność. „Rynek akumulatorów litowo-jonowych rośnie w zawrotnym tempie 25 % rocznie”, mówi koordynator projektu TEESMAT (Open Innovation Test Bed for Electrochemical Energy Storage Materials), Fabien Perdu z Francuskiego komitetu do spraw energii alternatywnych i energii atomowej, CEA. „Trwa rewolucja przemysłowa. Akumulatory litowo-jonowe zwykle stosuje się w elektronice użytkowej, ale stają się również kluczowym czynnikiem wspierającym rozwój mobilności elektrycznej”. Pojawiają się również inne innowacje w zakresie energooszczędnych akumulatorach oparte na różnych właściwościach chemicznych, w tym akumulatory przepływowe redoks, różne technologie cynkowe oraz superkondensatory hybrydowe. „Trwają również intensywne prace nad opracowywaniem potencjalnych technologii przyszłości, takich jak anody litowo-metalowe lub krzemowe, akumulatory litowo-siarkowe i organiczne”, dodaje Perdu.
Rozwój konkurencyjnego europejskiego przemysłu produkcji akumulatorów
Wprowadzanie tych innowacji stanowi jednak wyzwanie. „Opracowywanie akumulatorów wymaga subtelnego kompromisu między różnymi kryteriami”, wyjaśnia Perdu. „Kryteria te, takie jak gęstość energii, pojemność, szybkie ładowanie i bezpieczeństwo, są łatwe do zoptymalizowania pojedynczo, ale mogą być trudne do połączenia. Za kryteriami tymi kryją się dziesiątki reakcji chemicznych i efektów fizycznych, które trzeba zrozumieć, opanować lub obejść”. Zrozumienie tych procesów ma zatem zasadnicze znaczenie dla rozwoju konkurencyjnego i przyszłościowego przemysłu produkcji akumulatorów w Europie. Trudność polega na tym, że taka wiedza nie zawsze jest łatwo dostępna, co powoduje wystąpienie wąskiego gardła na wczesnym etapie opracowywania nowych innowacji w dziedzinie akumulatorów. Celem finansowanego ze środków UE projektu TEESMAT było stawienie czoła temu wyzwaniu poprzez zapewnienie łatwego dostępu do tego typu wiedzy i technik oraz zgromadzenie wiedzy specjalistycznej dzięki wymianie najlepszych praktyk i wyników. Udało się to osiągnąć dzięki połączeniu podmiotów oferujących najnowocześniejsze techniki charakterystyki i wiedzę specjalistyczną z podmiotami przemysłowymi działającymi w branży akumulatorów. „Stworzyliśmy, przetestowaliśmy i uruchomiliśmy to stanowisko badawcze otwartych innowacji, aby zapewnić użytkownikom dostęp do wszystkich usługodawców za pośrednictwem punktu kompleksowej obsługi”, wyjaśnia Perdu. „Użytkowników serwisu można potraktować jak przyszłych klientów, którzy mogą używać tej platformy do kontaktu z ekspertami, przesyłania im swoich próbek i zadawania nurtujących pytań”. Platformę starannie opracowano tak, aby pomóc producentom w określeniu możliwie najlepszego połączenia technik, które może stanowić odpowiedź na każdy indywidualny problem. Następnie próbki można przesłać do odpowiednich usługodawców, aby wspólnie z nimi wyciągnąć wnioski z uzyskanych wyników. Jeśli pozwalają na to zasady poufności, w bazie danych gromadzone są informacje o badanych próbkach, wynikach i wnioskach, aby umożliwić dzielenie się najlepszymi praktykami. „Do tej pory udało nam się zebrać ponad 700 próbek i przeprowadzić 250 badań w ramach ponad 40 przypadków”, mówi Perdu. „We wszystkich tych przypadkach platforma umożliwiła osiągnięcie wyników, które nie byłyby możliwe bez połączenia wzajemnie uzupełniających się technik”.
Bezpieczniejsze, trwalsze i bardziej ekologiczne akumulatory
Do najważniejszych sukcesów należy zaliczyć opracowanie: odpowiedniego narzędzia kontroli jakości do efektywnego opracowywania elektrod; akumulatorów w technologii hybrydowej o szybszym ładowaniu i dłuższym cyklu życia; oraz rozwiązania problemu utleniania miedzi w zastosowaniach związanych z magazynowaniem energii. Dzięki platformie udało się również zidentyfikować i przetestować mechanizm przewidywania czasu eksploatacji samochodowych ogniw litowo-jonowych. „Udało nam się pozyskać zewnętrznych usługodawców, co pomogło w poszerzeniu naszej oferty”, dodaje Perdu. „Przyciągnięcie większej liczby użytkowników usług pomoże poszerzyć naszą bazę przyszłych klientów i zaowocuje cennymi informacjami zwrotnymi na temat platformy TEESMAT”. Kolejne kroki obejmują przygotowanie platformy do fazy komercyjnej. „Po zakończeniu projektu w sierpniu 2022 roku platforma będzie nadal działać w postaci usługi płatnej”, wyjaśnia Perdu. „Dlatego w tej chwili skupiamy się na kwestiach operacyjnych i związanych z zarządzaniem oraz na dokładnej liście technik charakterystyki do zaproponowania”. Projekt TEESMAT będzie zatem dalej odgrywać kluczową rolę w rozwoju konkurencyjnego i zaawansowanego technologicznie europejskiego sektora produkcji akumulatorów. „Nasze stanowisko badawcze otwartych innowacji pozwoliło na zdobycie wiedzy na temat wielu technik charakterystyki i udostępnienie jej podmiotom z branży produkcji akumulatorów”, mówi Perdu. „Mamy nadzieję, że w ten sposób przyczyniamy się do powstania lepszych, bezpieczniejszych, trwalszych, tańszych i bardziej ekologicznych akumulatorów”.
Słowa kluczowe
TEESMAT, otwarte innowacje, stanowisko badawcze, akumulatory, litowo-jonowe, superkondensatory, lit, krzem, energia, elektrody
