W skrócie
- Rozwijane są alternatywy dla baterii litowo-jonowych, takie jak technologie sodowe, siarkowe, z krzemem i stałym elektrolitem.
- Baterie sodowe i półprzewodnikowe oraz rozwiązania litowo-siarkowe i litowo-powietrzne przyciągają uwagę ze względu na potencjał dla motoryzacji i magazynowania energii.
- Recykling ogniw oraz ich „drugie życie” w innych zastosowaniach i cyfrowe paszporty baterii stają się coraz ważniejsze dla środowiska i gospodarki.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Przez dekady baterie były niemal niewidoczne. Ukryte w telefonach, laptopach czy pilotach do telewizora, działały gdzieś w tle. Dziś stały się jednym z najważniejszych pól technologicznego wyścigu. To od nich zależy rozwój samochodów elektrycznych, stabilność sieci energetycznych opartych na odnawialnych źródłach energii, a w coraz większym stopniu także bezpieczeństwo gospodarcze państw.
Problem polega na tym, że współczesne akumulatory litowo-jonowe zaczynają dochodzić do granic swoich możliwości. Są wydajne, ale wymagają surowców trudnych i kosztownych w wydobyciu. Lit, nikiel czy kobalt koncentrują się w kilku regionach świata, a ich pozyskiwanie wiąże się z dużymi kosztami środowiskowymi i politycznymi. Dlatego laboratoria oraz koncerny technologiczne szukają nowych rozwiązań.
Zobacz również:
Jednym z najciekawszych kierunków są baterie sodowe. Sód jest tani, powszechny i łatwo dostępny. Problem w tym, że przez lata przegrywał z litem pod względem wydajności. Teraz jednak zaczyna się to zmieniać.
Badacze z University of Limerick opisali eksperymentalną konstrukcję, która łączy zalety obu technologii. Zespół stworzył akumulator wykorzystujący jednocześnie jony sodu i litu. Jak tłumaczy dr Syed Abdul Ahad z Bernal Institute, niewielki dodatek litu radykalnie poprawił działanie baterii sodowej.
Nowa konstrukcja osiągnęła niemal dwukrotnie większą pojemność niż porównywalne nowoczesne baterie sodowe i zachowała stabilność nawet po tysiącu cykli ładowania i rozładowania. W praktyce oznacza to dłuższe działanie i wolniejsze zużywanie się ogniw. Badacze zauważyli też, że mniejsze jony litu pomagają sodowi sprawniej przemieszczać się wewnątrz materiału elektrody. Dzięki temu bateria może magazynować więcej energii.
Baterie sodowe mogą zmienić rynek aut elektrycznych
Dla producentów samochodów elektrycznych to bardzo ważna wiadomość. Dzisiejsze auta są w ogromnym stopniu uzależnione od akumulatorów litowo-jonowych. To właśnie bateria pozostaje najdroższym elementem pojazdu. Jej masa wpływa na zasięg, czas ładowania i cenę samochodu.
Sód może tu wiele zmienić. Jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na Ziemi. Nie wymaga budowania równie skomplikowanych i kosztownych łańcuchów dostaw jak lit czy kobalt. Dlatego baterie sodowe budzą ogromne zainteresowanie zwłaszcza w Chinach, które już rozpoczęły ich częściową komercjalizację.
Na razie mają jednak istotną wadę: przechowują mniej energii niż klasyczne baterie litowo-jonowe. To oznacza krótszy zasięg samochodów albo większą masę urządzeń. Dlatego wiele firm traktuje je nie jako pełny zamiennik, lecz rozwiązanie dla tańszych modeli aut miejskich czy magazynów energii.
Według analiz S&P Global przyszłość rynku może należeć do kilku różnych technologii jednocześnie. Obok baterii sodowych rozwijane są konstrukcje półprzewodnikowe, akumulatory litowo-siarkowe oraz nowe generacje klasycznych ogniw litowo-jonowych z dodatkiem krzemu.
W praktyce oznacza to, że nie pojawi się jedna "magiczna bateria", która zastąpi wszystkie inne. Różne rozwiązania będą wykorzystywane do różnych zadań. Innych parametrów potrzebuje mały samochód miejski, innych sieć energetyczna magazynująca energię z farm wiatrowych, a jeszcze innych telefon komórkowy.
Stały elektrolit i koniec problemu pożarów?
Jednym z największych problemów współczesnych akumulatorów pozostaje bezpieczeństwo. Baterie litowo-jonowe wykorzystują ciekły elektrolit, który może się zapalić lub przegrzać. W ostatnich latach głośno było o pożarach samochodów elektrycznych, hulajnóg czy magazynów energii.
Dlatego ogromne nadzieje wiązane są z bateriami półprzewodnikowymi, nazywanymi też bateriami ze stałym elektrolitem. Zamiast łatwopalnej cieczy wykorzystują materiał stały. To zmniejsza ryzyko wycieku, przegrzania i zapłonu.
Takie baterie mogą być również bardziej pojemne. Według analiz branżowych pozwolą zwiększyć zasięg samochodów nawet o kilkadziesiąt proc. przy tej samej wielkości akumulatora. Mają też ładować się szybciej i wolniej tracić sprawność.
Problemem pozostaje cena i trudność produkcji. Technologia jest nadal w fazie wdrożeń pilotażowych. Mimo to najwięksi producenci motoryzacyjni inwestują w nią miliardy dolarów. Toyota, BMW czy Hyundai zapowiadają pierwsze szersze wdrożenia jeszcze przed końcem dekady.
Zobacz również:
Równolegle rozwijane są bardziej radykalne pomysły. Baterie litowo-siarkowe mogą magazynować znacznie więcej energii niż obecne ogniwa. Jeszcze dalej idą koncepcje baterii litowo-powietrznych, które wykorzystują tlen z atmosfery. Te rozwiązania nadal pozostają jednak głównie na etapie laboratoryjnym.
Magazyny energii będą równie ważne jak samochody
Debata o bateriach zwykle skupia się na samochodach elektrycznych, ale równie istotna jest energetyka. Rozwój odnawialnych źródeł energii wymaga ogromnych magazynów energii, które pozwolą przechowywać nadwyżki produkcji z farm słonecznych i wiatrowych. Bez tego sieci energetyczne mają problem z niestabilnością. Słońce nie świeci cały czas, a wiatr nie wieje zawsze wtedy, gdy potrzebujemy energii. Magazyny energii mają wypełnić tę lukę.
Dlatego coraz większe zainteresowanie budzą baterie przepływowe. W takich konstrukcjach energia przechowywana jest w ciekłych elektrolitach przepływających między zbiornikami. Są mniej podatne na pożary i łatwiej je skalować do bardzo dużych rozmiarów. Ich wadą pozostają rozmiary i niższa gęstość energii, dlatego raczej nie trafią do samochodów. Mogą jednak stać się ważnym elementem infrastruktury energetycznej.
Recykling i "drugie życie" baterii
Coraz większą rolę odgrywa też pytanie, co zrobić z milionami zużytych akumulatorów. Branża próbuje odejść od modelu "wydobądź, wyprodukuj, wyrzuć". Pojawiają się technologie odzyskiwania materiałów bez konieczności energochłonnego przetapiania ogniw. Producenci rozwijają również koncepcję "drugiego życia" baterii. Akumulator, który jest już zbyt słaby dla samochodu elektrycznego, nadal może przez lata pracować jako domowy lub przemysłowy magazyn energii.
Zobacz również:
Coraz częściej mówi się także o cyfrowych "paszportach baterii", które mają dokumentować pochodzenie surowców, historię użytkowania i możliwość recyklingu. To odpowiedź nie tylko na kwestie środowiskowe, ale również geopolityczne. Państwa zachodnie próbują ograniczyć zależność od dostaw surowców i komponentów z Chin.
W najbliższych latach wojna o baterie będzie więc czymś znacznie większym niż tylko rywalizacją producentów samochodów. Chodzi o kontrolę nad infrastrukturą przyszłej energetyki, transportu i przemysłu.
