Čo sú batérie s pevným elektrolytom (SSB)?

ZDROJ | IamRenew

Dnes bežné Li-ion batérie bez ohľadu na použitú chémiu pracujú s tekutým elektrolytom a separátormi zabraňujúcimi kontaktu medzi kladnou a zápornou elektródou.

Pri batériách je pojem katóda a anóda zložitejší a polarita (narozdiel napríklad od elektrónok) závisí od stavu, v ktorom sa batéria nachádza. Keď je galvanický článok vybitý, anóda je záporná a katóda je kladná, pri nabíjaní je to naopak.

Hoci sa technológie Li-ion batérií s tekutým elektrolytom dlhodobo vylepšujú, rastie ich energetická hustota a klesajú výrobné náklady, pomaly už narážajú na svoje limity a stále sa vyskytujú prípady vznietenia, či už z dôvodov výrobnej vady, alebo pri incidentoch s mechanickým poškodením. Pre elektromobilitu nie je ich bezpečnosť na optimálnej úrovni.

Pozrite siBatérie Toyota s pevným elektrolytom prichádzajú

Novú kvalitu majú priniesť batérie s pevným elektrolytom (solid-state batteries, SSB), na vývoji ktorých pracuje mnoho spoločností po celom svete a v malých aplikáciách sa už využívajú.

ZDROJ | Sila Nanotechnologies

Ako naznačuje už samotný názov, SSB batérie používajú tuhý elektrolyt, ktorý ich činí nielen odolnými voči požiaru, ale umožňuje dosiahnuť o 30-50% vyššiu energetickú hustotu a dvakrát rýchlejšie nabíjanie oproti bežným Li-ion batériám. Vďaka týmto vlastnostiam sa pravdepodobne stanú kľúčom pri dosiahnutí zlomového momentu v elektromobilite.

Kto by nechcel elektromobil s batériou, ktorá sa dokáže nabiť na 80% kapacity za 12 minút, môže mať životnosť až 10 000 nabíjacích cyklov (čo v praxi nikto neabsolvuje, pretože nebude jazdiť s 30-ročným autom) a zabezpečí dojazd dlhší, ako má spaľovák s plnou nádržou benzínu, či nafty?

ZDROJ | QuantumScape

Problémom je však komplikovaná technológia a výrobné náklady. Kvôli prekonávaniu týchto bariér je podľa odborníkov hromadná výroba SSB batérií pre elektromobily vzdialená tri až päť rokov.

Automobilky a výrobcovia batérií vyvinuli Li-ion batérie s pevným elektrolytom a vyrábajú ich v laboratórnych podmienkach, ale masovú výrobu sa zatiaľ spustiť nedarí. Výzvou je vývoj pevného elektrolytu, ktorý je stabilný, chemicky inertný a pritom je dobrým vodičom iónov medzi elektródami.

Pozrite siSú pevné Li-ion batérie falošnou nádejou?

Výroba SSB batérií je preto drahá a elektrolyt, ktorý je odolný voči požiaru, je na druhej strane kvôli svoje krehkosti náchylný k praskaniu. Výroba SSB článku batérie stojí v súčasnosti asi osemkrát viac ako článku lítium-iónovej batérie s tekutým elektrolytom, čo by bolo na konkurenčnom trhu elektromobilov neobhájiteľné.

Vývoj však finišuje a zdá sa, že ešte v tejto dekáde sa objaví mnoho značiek elektromobilov s pevnými Li-ion batériami. Naznačujú to plány kľúčových automobiliek.

ZDROJ | Solid Power

Toyota oznámila investíciu 13,5 miliardy dolárov do vývoja a výroby batérií pre elektromobily, vrátane SSB, na vývoji ktorých spolupracuje s Panasonicom. Japonská automobilka uviedla, že aktuálne rieši krátku životnosť SSB batérií, ale plánuje spustiť ich hromadnú výrobu do polovice dekády.

Rovnaký zámer má aj konkurencia. Napríklad Ford Motor a BMW investovali do spustenia výroby v spoločnosti Solid Power, ktorá tvrdí, že jej technológia SSB batérií môže poskytnúť o 50% väčšiu hustotu energie ako súčasné lítium-iónové batérie. Ford očakáva, že do polovice desaťročia zníži náklady na batérie o 40%.

ZDROJ | Sila Nanotechnologies

Zaujímavé je, že platforma All-Solid-State Platform, vyvinutá spoločnosťou Solid Power, sa dá použiť aj so súčasnými katódami ako NMC 811. S pevným elektrolytom predovšetkým na báze kremíka môže vytvoriť článok, ktorý dodáva 390 Wh/kg. Pre porovnanie, článok Tesla 2170 má energetickú hustotu 260 Wh/kg.

Pre nás zaujímavou informáciou sú plány Volkswagenu, ktorý investuje do americkej batériovej firmy QuantumScape podporovanej aj Billom Gatesom.

Batérie SSB vs Li-ion batérie s tekutým elektrolytom.

QuantumScape plánuje predstaviť svoju batériu pre elektromobily VW, prípadne aj pre ostatné automobilky, v roku 2024. VW uvádza, že batéria ponúkne o 30% väčší dojazd ako Li-ion batérie s tekutým elektrolytom a nabije sa na 80% kapacity za 12 minút. To je menej ako polovičný čas v porovnaní so súčasnými najrýchlejšie sa nabíjacími Li-ion článkami.

Pozrite siPrinesie zirkóniumchlorid lacné Li-ion batérie s pevným elektrolytom?

Zámer vyrábať elektrické autá s SSB batériami ohlásili aj ďalšie automobilky. Koncern Stellantis zastrešujúci taliansko-americkú automobilku Fiat Chrysler a francúzsky PSA vytvoril spoločný podnik Automotive Cells Co s TotalEnergies a uzavrel partnerstvo s čínskou spoločnosťou Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL).

Stellantis chce predstaviť SSB batérie do roku 2026, Hyundai Motor má triezvejší odhad. Juhokórejská automobilka investovala do startupu SolidEnergy Systems a SSB batérie plánuje sériovo vyrábať v roku 2030. 4i skôr, alebo neskôr, zdá sa, že nová etapa v histórii elektromobility sa neodvratne blíži.

ZdrojSolid Power

Komentáre k článku