Baterije s čvrstim elektrolitom (solid-state) izgurati će litij-ionske i prije nego što to mislimo!?

Lakše, sigurnije i brže se pune. Solid-state baterije mogle bi promijeniti autoindustriju i to vrlo brzo. Li-ion baterije su na vrhuncu razvoja, a solid-state baterija ih višestruko nadmašuje i u njoj je budućnost automobilske industrije
Sigurno se sada pitate, a što je to uopće “solid-state” baterija, osobito ako vam električni automobil nije najdraži. Odmah da objasnimo engleski pojam “solid-state” baterija. Pojam “solid-state” možemo prevesti kao “čvrsto stanje”, pri čemu se pojam “čvrsto” odnosi na činjenicu, kako solid-state baterije nemaju tekući gel kao vrlo dobro znane litij-ionske baterije, jer one koriste čvrsti elektrolit u obliku keramike ili polimera.

PREDNOSTI SOLID-STATE BATERIJE SU VIŠESTRUKE:
– solid-state baterija ima do 10 puta veću gustoću energije od litij-ionskih baterija, što znači da su manje i lakše, te bi se trebale puniti brže, biti sigurnije u nesrećama i imati dulji vijek trajanja
– nova tehnologija baterija trebala bi smanjiti dimenzije i težinu te povećati kapacitet, brzinu punjenja i trajnost
– čvrsti elektrolit služi ne samo kao vodič iona tijekom procesa punjenja i pražnjenja, već i kao separator što značajno smanjuje veličinu i masu ćelija
– solid-state baterije mogu primiti puno veće snage punjenja što može značajno skratiti 4 do 6 puta vrijeme punjenja
– solid-state baterije su manje sklone degradaciji koju uzrokuju ciklusi punjenja i pražnjenja
– ne postoji opasnost od zapaljenja, zaštita baterije može biti lakša što dodatno smanjuje ukupnu masu
– solid-state baterije su manje osjetljive na temperaturne uvjete pa toplinski menadžment može biti znatno jednostavniji nego je to slučaj kod standardnih litij-ionskih baterija
– solid-state baterije sa standardnom (grafitnom) anodom mogu postići kapacitet veći od 400 Wh/kg
– omogućava 30 posto brže punjenje
– ima osjetno jeftiniji proizvodni proces koji značajno smanjuje emisije ugljika
– u istoj dimenziji kao litij-ionska baterija daje doseg od čak 990 km

O praktičnoj primjeni i serijskoj proizvdnji solid-state baterija trenutačno su oprečna mišiljenja kada bi mogla zavladati tržištem automobila, Ali, svi se slažu kako je litij-ionska baterija doživjela svoj vrhunac razvoja, te da će svi prije ili kasnije početi koristiti solid-state bateriju. Tako sljedeća generacija električnih vozila BMW obećava doseg do čak 990 km, 30 posto brže punjenje i jeftiniji proizvodni proces koji značajno smanjuje emisije ugljika. Jedan od BMW-ovih vrhunskih inženjera baterija smatra da bi li-ion bateriji dani mogli biti odbrojani i da bismo bez dodavanja nečega što “mijenja igru” u mješavinu poput silicija mogli biti blizu granica onoga što oni trenutno mogu učiniti. Ali on vjeruje da će litij-ionske baterije ostati industrijski standard u širokoj razini još mnogo godina.
“Sa stajališta gustoće energije, rekao bih da se suočavamo s optimalnom kemijom litij-ionskih ćelija u industrijaliziranoj primjeni” za velika tržišta, rekao je Simon Erhard, voditelj energije, performansi i vijeka trajanja za BMW-ov nadolazeći Gen6 baterije. “Mislim da je doseglo vrhunac.”
Erhard vjeruje da su “sljedeća velika stvar” u razvoju baterija vjerojatno solid-state baterije. Rekao je da nedavno otvoreni BMW-ov Centar za kompetencije za proizvodnju ćelija u Münchenu istražuje i razvija ovu tehnologiju, jer radi s vrhunskim akademskim talentom u Europi kako bi izgradio gotovo mini-mrežu poput Silicijske doline oko razvoja baterija.

Osim toga, BMW je, zajedno s Fordom, jedan od dva primarna investitora u Solid Power sa sjedištem u Coloradu, koji ima za cilj biti prva tvrtka koja će komercijalizirati ovu tehnologiju – što znači da bi prve solid-state baterije u proizvodnoj automobilskoj primjeni mogle biti u Fordu ili BMW-u. Mnogi drugi proizvođači automobila također rade na ovoj tehnologiji, uključujući General Motors, Hondu, Volkswagen, Hyundai i Toyotu. U nadolazećim godinama, BMW će poduzeti svoj najveći električni pomak dosad, s nizom novih modela na namjenskoj EV platformi koju pokreću baterije šeste generacije koje koriste cilindrične ćelije i proizvode se u nizu tvornica širom svijeta. Ali ove Gen6 baterije će koristiti litij-ionske ćelije, a BMW ne vidi da će se to promijeniti u skorije vrijeme.

Solid-state baterije su dugo obećavana, ali dugo odgađana tehnologija koja bi mogla donijeti znatno veću gustoću energije u manji paket od litij-ionskih baterija, što znači da bi se automobili potencijalno mogli konstruirati s manjom težinom i manjim otiskom baterije koji bi zauzimao prostor u kućištu baterije. Ukratko, koriste čvrsti materijal kao elektrolit unutar baterije, a ne tekući kao konvencionalne litij-ionske baterije. Ostale percipirane prednosti uključuju kraće vrijeme punjenja, bolju pouzdanost i možda najvažnije, veću sigurnost – čvrste ćelije daleko su manje zapaljive od trenutne ponude, pa nema više razornih požara u električnim vozilima. Solid-state baterije također koriste metalni litij na anodi umjesto težeg ugljičnog grafita. S takvim prednostima, solid-state baterije se ponekad opisuju kao “Sveti gral”, ali potraga za njihovim osiguranjem pokazala se jednako izazovnom. Svjedoče kašnjenja već godinama.

Erhard je rekao da su neka od kašnjenja u cijeloj industriji uzrokovana činjenicom da litij-ionske još nisu dosegle svoj puni potencijal, iako vjeruju da je to sada slučaj s Gen6 baterijama. Doista, veliki dio istraživanja i razvoja u automobilskoj industriji bio je oko usavršavanja litij-ionskih baterija. Erhard je rekao da, iako uvijek postoje razne promjene koje inženjeri mogu napraviti na trenutnim litij-ionskim baterijama kako bi utjecali na doseg, kemiju i dugovječnost, postaje sve teže mjeriti takva poboljšanja – što je ono što proizvođači automobila poput BMW-a trebaju kako bi isplativo dosegli svoju prodaju.
“Ako želite imati dobro uravnotežen sustav koji se na tržište stavlja u velikoj mjeri, mislim da je upravo sada na vrhuncu”, rekao je Erhard. Erhard je rekao da je trenutačno, za BMW-e proizvođač automobila još uvijek fokusiran na litij-ionske baterije. Ali on zamišlja da bi se to moglo promijeniti u narednom desetljeću.

“Recimo 10 godina, otprilike, sve su to baterije u čvrstom stanju”, rekao je Erhard. “Ali danas ćemo se, recimo u sljedećih tri do pet do osam godina, oslanjati na tehnologiju litij-ionskih baterija. A onda će, recimo od 2030. godine, iz naše perspektive postojati operativna potpuno čvrsta baterija.”
Za sada nije jasno znači li to demonstracijski prototip neke vrste ili proizvodnju šireg opsega, rekao je Erhard. “Da bi solid-state baterij bila industrijalizirana i spremna za veliku tržišnu primjenu, trebat će vremena”, rekao je.
Specijalisti za baterije koji razvijaju solid-state bateriju kažu kako je tehnologija još desetljeće udaljena od toga da bude spremna za serijsku proizvodnju. No, neki od svjetskih proizvođača baterija najavljuju masovno korištenje već od 2025. godine. Prerano tehnološki gledano ili je to samo marketinški trik, vidjet ćemo vrlo brzo.

Davor Kindy
Foto: BMW