Rosnąca popularność samochodów elektrycznych skłania producentów do intensywnego rozwoju technologii, które zwiększają bezpieczeństwo pojazdów i eliminują wady często podkreślane przez krytyków, takie jak ograniczony zasięg. Rok 2024 przyniósł intensywne badania nad nowymi technologiami, które mogą zrewolucjonizować sektor EV. Sprawdźmy, jak wygląda przyszłość baterii do samochodów elektrycznych.
Z tego artykułu dowiesz się:
- Jaką rolę pełni elektrolit w akumulatorze
- Jakie zalety oferują baterie ze stałym elektrolitem
- Jakie przełomowe odkrycie w dziedzinie ogniw monokrystalicznych dokonali naukowcy z Dalhousie University
- Jakie szanse i wyzwania czekają producentów baterii nowej generacji w najbliższych latach
Co to jest elektrolit w akumulatorze?
Elektrolit stanowi bazę wyjściową dla samochodów elektrycznych. W obecnych akumulatorach jest on cieczą, która umożliwia przepływ jonów między anodą a katodą (elektrody) – w ten sposób zapewniają poprawne działanie akumulatora, a tym samym całego pojazdu. Dotychczas stosowane akumulatory z ciekłym elektrolitem, choć kuszą ceną, mają swoje wady, takie jak ryzyko wycieku czy zapłonu. Baterie ze stałym elektrolitem – czyli nowe rozwiązanie wkraczające na rynek – dają natomiast nadzieję na wyeliminowanie dotychczasowych problemów samochodów EV.
Baterie półprzewodnikowe – baterie ze stałym elektrolitem rewolucją w przemyśle EV?
Choć świat o pierwszych stałych elektrolitach usłyszał już w XIX wieku za sprawą wynalazcy Michaela Faradaya, tak dopiero na początku XXI wieku zaczęto rozważać je jako rewolucyjną technologię w branży motoryzacyjnej. Baterie półprzewodnikowe, znane jako solid-state, charakteryzują się znacznie większą gęstością energii niż tradycyjne akumulatory. Dzięki temu baterie ze stałym elektrolitem mogą magazynować więcej energii przy zachowaniu tego samego rozmiaru, co przekłada się na znaczne zwiększenie zasięgu samochodów elektrycznych. Szacuje się, że docelowo zasięg EV może sięgnąć nawet 2000 km na jednym ładowaniu, a czas ładowania – przy zastosowaniu odpowiednio wydajnych ładowarek – ma być porównywalny do tankowania tradycyjnego paliwa. Największą zaletą, która ma być odpowiedzią na krytyczne głosy przeciwników samochodów EV jest właśnie skrócenie czasu ładowania samochodów elektrycznych. Nowa technologia gwarantuje również większe bezpieczeństwo przeciwpożarowe w porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami.
Zobacz również...
Program „Mój Elektryk 2.0” – kto otrzyma dofinansowanie do elektryka?
Odpowiedź na to, kiedy nowe akumulatory do samochodów elektrycznych pojawią się na rynku nie jest oczywista. Według głównego inżyniera BYD komercjalizacja baterii ze stałym elektrolitem potrwa co najmniej do 2030 roku. Tymczasem wielkie koncerny prześcigają się w deklaracjach ukazania światu własnych baterii ze stałym elektrolitem: Volkswagen zapowiada rozpoczęcie seryjnej produkcji w 2026 roku, Toyota od 2027, za to chiński SAIC przekonuje, że ich własne baterie ze stałym elektrolitem pojawią się na rynku już w tym roku.
Ogniwa monokrystaliczne – od fotowoltaiki po elektromobilną rewolucję
Ogniwa monokrystaliczne do tej pory wykorzystywane były w panelach fotowoltaicznych. Teraz już wiemy, że mogą one wywrócić rynek EV do góry nogami. Wyniki badań z laboratorium Jeffa Dahna na Dalhousie University w Kanadzie ukazują, że baterie oparte o ogniwa monokrystaliczne są w stanie wytrzymać nawet 10-krotnie dłużej, niż konwencjonalne akumulatory. Współpracując z Teslą, naukowcy udowodnili, że te innowacyjne ogniwa pozwalają na aż 20 tysięcy cykli ładowania, zanim po sześciu latach intensywnego użytkowania akumulator utraci jedynie 20% swojej początkowej pojemności. Wyniki badań są jeszcze bardziej imponujące, gdy weźmiemy pod uwagę, że zasięg pojazdów elektrycznych wyposażonych w takie baterie mógłby wynosić nawet 8 milionów kilometrów. To przełomowy krok w kierunku zmniejszenia ilości elektroodpadów generowanych przez zużyte baterie, eliminacji kluczowych wad pojazdów elektrycznych oraz znaczących oszczędności dzięki wyjątkowej trwałości akumulatorów.
Eksperyment naukowców z Dalhousie University, ukazujący analizę struktur współczesnych ogniw i monokrystalicznych przed i po zastosowaniu 20 tysięcy cykli ładowania:
Źródło: T. Bond, R. Gauthier, G. King, R. Dressler, J. J. Abraham, J. R. Dahn, “The Complex and Spatially Heterogeneous Nature of Degradation in Heavily Cycled Li-ion Cells”, Journal of The Electrochemical Society, 2024
Nowe baterie a przyszłość elektromobilności
Jednymi z najczęściej wymienianych wad samochodów elektrycznych, które zniechęcają wielu potencjalnych nabywców, są ograniczony zasięg oraz długi czas ładowania. Baterie ze stałym elektrolitem i ogniwa monokrystaliczne są szansą na wyeliminowanie tych barier, tym samym popularyzując transport EV wśród niezdecydowanych. Znacznie dłuższa żywotność, którą oferują baterie nowej generacji przekłada się również na opłacalność finansową zakupu samochodu EV. Koszt wymiany baterii, który obecnie waha się od 30 do 80 tysięcy złotych, a w przypadku samochodów premium może sięgać nawet 150 tysięcy złotych, jest istotnym wydatkiem. Baterie nowej generacji, które według inżynierów mogą “przeżyć” nawet 15 samochodów pozwolą również na ograniczenie kosztownego i nieobojętnego dla środowiska procesu utylizacji tychże baterii, ale i również procesu recyklingu.
Jak to niestety zazwyczaj bywa – każdy kij ma dwa końce. Choć baterie nowej generacji stwarzają ogromne możliwości dla rozwoju elektromobilności i mogą uczynić pojazdy elektryczne realną alternatywą dla spalinowych, wiążą się również z pewnymi problemami. Inżynierowie zwracają uwagę na trudności związane z integracją tych baterii z obecnymi modelami EV. Wskazują również na ich wysoką cenę dla konsumentów oraz koszt produkcji. Pierwotnie baterie te pojawią się w modelach samochodów elektrycznych z najwyższej półki – dopiero po kilku latach będą one również stosowane w samochodach klasy średniej lub niższej. Ich przewidywana popularność w najbliższych latach będzie mała, ze względu na wysokie ceny, które będą odpychać dużą część społeczeństwa od zalet, jakie baterie nowej generacji oferują. Świat EV stanie wówczas przed wyzwaniem związanym z adaptacją nowych technologii oraz stabilizacji cen – dopiero wówczas, gdy baterie ze stałym elektrolitem będą korzystne cenowo dla większej grupy społeczeństwa, będzie można mówić o prawdziwej rewolucji.
Podsumowanie
Baterie ze stałym elektrolitem i ogniwa monokrystaliczne mogą znacznie wpłynąć na decyzje konsumenckie w kwestii zakupu samochodu elektrycznego. Oferują rozwiązania eliminujące dotychczasowe bariery, które zniechęcały część społeczeństwa do wyboru ekologicznych środków transportu. Jednakże bateria do samochodu elektrycznego musi stać się atrakcyjna cenowo, aby dokonać prawdziwej rewolucji w sektorze EV. Jedno jest pewne – najbliższe 5 lat jawią się jako intensywny czas poszukiwania najkorzystniejszych rozwiązań, a ogromne zainteresowanie wielkich koncernów tematem baterii ze stałym elektrolitem i ogniw monokrystalicznych wskazują na szereg nowych odkryć w sektorze EV.