Obniżenie kosztów akumulatorów do pojazdów elektrycznych
Przejście na wykorzystanie pojazdów elektrycznych wywołało gwałtowny wzrost popytu na ogniwa akumulatorowe, a Europa przygotowuje do przejęcia wiodącej roli w produkcji tych kluczowych komponentów. Dzięki firmom inwestującym miliardy euro w nowe fabryki i zakłady produkcyjne Europa ma szansę zdominować globalny rynek akumulatorów do pojazdów elektrycznych. Celem finansowanego ze środków UE projektu DEFACTO jest zrewolucjonizowanie branży produkcji ogniw do pojazdów elektrycznych w Europie. W odpowiedzi na przewidywany znaczny wzrost wykorzystania pojazdów elektrycznych oraz możliwościi radykalnego obniżenia kosztów i zwiększenia ich funkcjonalności zespół projektu DEFACTO postanowił zadbać o jak najpłynniejszy przebieg tego procesu. W ramach projektu zajęto się wyzwaniami związanymi z obniżeniem kosztu akumulatorów, które obecnie stanowią 35 % kosztu pojazdów elektrycznych, poprzez poprawę gęstości energetycznej i optymalizację procesu produkcyjnego. „Podstawowe komponenty akumulatorów, ogniwa elektrochemiczne, stanowią ważny rynek dla przemysłu europejskiego, którego wartość ma według szacunków osiągnąć w 2025 roku 250 miliardów euro”, wyjaśniła Elixabete Ayerbe, koordynatorka projektu DEFACTO. „Akumulator składa się z wielu modułów, z których każdy liczy od 6 do 12 ogniw. Ogniwa są kosztownym elementem, który stanowi prawie 70 % składu akumulatorów”.
Modele wieloskalowe do optymalizacji konstrukcji ogniw
Aby przyspieszyć proces produkcji ogniw akumulatorowych, zespół projektu DEFACTO opracował modele wielofizyczne i wieloskalowe, aby lepiej zrozumieć zachowanie materiału, ogniwa i procesu produkcyjnego. Miało to na celu przyspieszenie opracowywania ogniw oraz procesu badań i innowacji, a także optymalizację konstrukcji i funkcjonalności ogniw. „Obecnie firmy ponoszą znaczne koszty laboratoryjne i osobowe w związku z ulepszaniem konstrukcji ogniw i procesem produkcji akumulatorów”, stwierdza Ayerbe. „W związku z tym zespół projektu DEFACTO wdrożył multidyscyplinarną metodę, która łączy pracę laboratoryjną, prototypowanie i wielofizyczne modele wieloskalowe w celu usprawnienia i przyspieszenia procesu produkcji ogniw akumulatorowych”. Projekt przyczynił się również do standaryzacji procedur pomiarowych, stworzenia nowych możliwości rynkowych i poprawy konkurencyjności branży. Zwalidowane symulacje obliczeniowe pomogą dostosować nowe optymalne konstrukcje ogniw, zoptymalizować etapy produkcyjne obróbki elektrod i napełniania elektrolitem oraz kształtowania materiałów nowej generacji 3b.
Nowy akumulator litowo-jonowy generacji 3b o dużej pojemności
Zespół projektu DEFACTO wykorzystał dwie technologie ogniw na potrzeby rynku motoryzacyjnego. Pierwszym z nich jest komercyjne ogniwo NMC622/G z oferty jednego z partnerów projektu. Drugim jest prototyp ostatniej generacji (NMC-811/G-Si). Składy chemiczne dwóch ogniw odpowiadają głównemu zainteresowaniu rynku. Jeśli chodzi o prognozy rynkowe, na rynku pojazdów elektrycznych po 2025 roku spodziewane jest szerokie wykorzystanie katod NMC-811. „Podejście projektu DEFACTO pozwoliło opracować nowy akumulator litowo-jonowy generacji 3b o dużej pojemności i wysokim napięciu”, wyjaśnia Ayerbe. „Zwiększyło to zrozumienie mechanizmów wieloskalowych i ich interakcji, zmniejszając zasoby potrzebne na rzecz działań badawczo-rozwojowych, a tym samym odblokowując innowacyjny przemysł produkcji ogniw w Europie”. Przyczyniając się do rozwoju nowej generacji akumulatorów litowo-jonowych o dużej pojemności i wysokim napięciu, które są głównym źródłem energii pojazdów elektrycznych, projekt pozwolił na przyspieszenie opracowywania ogniw i procesu badawczo-innowacyjnego. Zespół projektu DEFACTO pracuje nad optymalizacją konstrukcji i funkcjonalności ogniw. „Opracowanie procedury DEFACTO, procesu, który odwzorowuje główne etapy produkcji ogniw, takie jak obróbka elektrod i napełnianie elektrolitem, a następnie przewiduje wydajność i starzenie się ogniw, przyspieszy opracowywanie akumulatorów litowo-jonowych nowej generacji”, zauważa Ayerbe.
Słowa kluczowe
DEFACTO, ogniwo akumulatora, Li-ion, pojazd elektryczny, pojazdy elektryczne, elektroda, katoda, transport
