Innowacyjne akumulatory zwiększają potencjał europejskiej elektromobilności
Jednym z kluczowych rozwiązań mających na celu zmniejszenie emisji związanych z transportem są pojazdy elektryczne, jednakże obawy konsumentów dotyczące żywotności akumulatorów nadal ograniczają ich szersze wdrożenie. Do najpilniejszych kwestii, nad którymi muszą się pochylić producenci pojazdów elektrycznych, należą podróże długodystansowe, dostępność stacji ładowania i czas ładowania. „Zwiększenie zasięgu samochodów elektrycznych wymaga zastosowania lepszych akumulatorów”, mówi koordynator projektu SUBLIME Jens Ewald z niemieckiego przedsiębiorstwa FEV Europe. „Mogą one jednak powodować wzrost masy i ceny pojazdów. Jednocześnie akumulatory muszą być także bezpieczne”.
Pionierska technologia akumulatorów do pojazdów elektrycznych
Jako jedno z możliwych rozwiązań zespół projektu wskazał technologię akumulatorów ze stałym elektrolitem (ang. solid-state battery, SSB), która oferuje znacznie wyższą gęstość energii niż typowe akumulatory litowo-jonowe lub litowo –polimerowe. Jako że tego typu akumulatory nie zawierają łatwopalnych cieczy, są one teoretycznie bardziej bezpieczne niż akumulatory z ciekłym elektrolitem. „Unia Europejska może stać się na tym polu kluczowym graczem, ponieważ technologia ta wciąż wymaga dopracowania”, zauważa Ewald. „Nie możemy konkurować z najnowszymi zaawansowanymi technologiami akumulatorowymi, ponieważ producentom w innych regionach świata udało się zoptymalizować swoje procesy i mogą obecnie produkować tanie akumulatory. Zatem aby uzyskać przewagę konkurencyjną, musimy stać się pionierami nowych technologii”. Dlatego też konsorcjum projektu SUBLIME tworzy 16 partnerów z 8 różnych krajów europejskich, wśród nich przedstawiciele przemysłu oraz środowisk akademickich i naukowych. Jednym z celów tej inicjatywy było zmniejszenie zapotrzebowania na rzadkie surowce, takie jak kobalt. Zatem jako kluczowy składnik stałego elektrolitu wykorzystano siarkę, która jest dostępna w większej ilości. „Zaczęliśmy od budowy małych ogniw guzikowych, jakie można znaleźć w bateriach do pilota czy kluczyków samochodowych”, wyjaśnia Ewald. „Zostały one poddane testom, a następnie przeskalowane do wielkości ogniw akumulatorowych, które znajdują się w pojazdach elektrycznych – te przypominają raczej cegły”.
Zapewnienie bezpieczeństwa i możliwości recyklingu ogniw
Zespół projektu SUBLIME dowiódł, że produkcja SSB na skalę komercyjną jest możliwa. Był również w stanie wykazać wysoki wskaźnik recyklingu – możliwość odzyskania około 90 % materiałów po wycofaniu produktu z eksploatacji. Kolejnym ważnym rezultatem tych prac było zapewnienie bezpieczeństwa. Zespół przeprowadził szereg badań, między innymi poddając akumulatory działaniu bardzo wysokich temperatur. Testy te wykazały niski poziom palności, co jest właściwością o krytycznym znaczeniu dla ostatecznej akceptacji tej technologii. „Kolejne kroki obejmują dalszą optymalizację komponentów, zwiększenie skali produkcji SSB i, wreszcie, badania prowadzone w rzeczywistych zastosowaniach”, zauważa Ewald. Wśród innych kwestii, które także wymagają uwagi, należy wymienić poprawę stabilności łańcucha dostaw i dalszą optymalizację technologii. Jednym z wyzwań, z jakimi musiał się zmierzyć zespół projektu, było znalezienie sposobu na zapobieżenie powstawaniu dendrytów, które mogą skrócić żywotność akumulatora. „Znaleźliśmy sposoby na ograniczenie tworzenia się dendrytów, ale potrzebne są dalsze badania”, dodaje Ewald.
Rentowna produkcja akumulatorów ze stałym elektrolitem w Europie
W praktyce wykorzystanie opartych na siarczkach akumulatorów ze stałym elektrolitem (ang. all-solid-state batteries, ASSB) oferuje możliwość zwiększenia zasięgu samochodów elektrycznych w sposób opłacalny i bezpieczny. „Pokazaliśmy, że ta technologia akumulatorów jest z natury bezpieczna”, mówi Ewald. „Co więcej, wyeliminowanie konieczności stosowania kobaltu zmniejsza problem niedostępności surowców krytycznych, ponieważ siarczek występuje w dużych ilościach”. Obecnie celem są dalsze działania w kierunku wprowadzenia rozwiązania na rynek i stworzenia rentownego sektora produkcji SSB w Europie. „Projekt SUBLIME był dla europejskich instytucji badawczych i podmiotów z branży szansą na współpracę w tej dziedzinie”, dodaje Ewald. „Bez tego projektu nie byłaby ona możliwa”. To krytyczny moment na inwestowanie w tę technologię. Podmioty z innych rejonów świata pracują nad zwiększeniem swojego potencjału w tej dziedzinie i stworzeniem własnych zakładów produkcyjnych. „Jesteśmy w sytuacji, w której możemy zyskać przewagę konkurencyjną”, podkreśla Ewald.
Słowa kluczowe
SUBLIME, akumulator, EV, pojazdy elektryczne, siarczek, kobalt, lit, możliwości recyklingu