Nowy elektrolit dla akumulatorów opracowany w Polsce
Trzy razy dłuższa żywotność akumulatora w samochodzie elektrycznym? Naukowcy z Politechniki Warszawskiej opracowali nowy elektrolit. W składzie nie będzie fluoru, który wykazuje właściwości toksyczne w razie pożaru. To zupełnie innowacyjne rozwiązanie.
Naukowcy, pracujący na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej zajmują się poszukiwaniem innowacyjnych materiałów i technologii do produkcji baterii samochodowych. W dziedzinie tej zaczęli odnosić znaczne sukcesy. Ich specjalnością, w Zespole Konwersji i Akumulacji Energii jest element baterii, którym nasącza się mechanizm, czyli elektrolit. Substancja ta jako jedyna ma kontakt z pozostałymi komponentami, dlatego też w jej wypadku, wymagana jest duża odporność chemiczna, temperaturowa oraz napięciowa. Poza tym musi dobrze przewodzić prąd i nie powodować żadnych zaburzeń w pracy pozostałych elementów baterii. Z tego też względu, niewiele materiałów na rynku spełnia określone warunki. Baterie litowo-jonowe, popularne od początku lat 90. XX w., są znane z dobrych parametrów elektrycznych i odporności napięciowej, ale źle radzą sobie w skrajnych temperaturach i mają słabą odporność chemiczną. Dlatego też muszą być one instalowane w specjalnych komorach niepozwalających na przegranie w temperaturze powyżej 60°C, nie mogą być wystawiane na światło słoneczne, ani też stawiane przy źródłach ciepła. Ich produkcja podlega ogromnemu reżimowi czystości, w tym zabezpieczenie materiału przed dostaniem się wilgoci, aby związek nie uległ rozkładowi. Dużym zagrożeniem niestety są wybuchy i pożary tych akumulatorów. Dlatego też poszukuje się nowych materiałów do elektrolitu, które są bezpieczniejsze, mniej toksyczne, a przy tym bardziej odporne i wydajne.
Nowy materiał na elektrolit – bezpieczniejszy i wydajniejszy
Opracowano drugi w historii baterii taki związek, który charakteryzuje się zbliżonymi parametrami elektrycznymi, ale oferuje dużo lepszą odporność temperaturową i chemiczną. Materiał ten, który stanowi sól LiTDI, produkowany jest na licencji Politechniki Warszawskiej przez pochodzący z Francji koncern chemiczny Arkema. Już w chwili obecnej stosuje się go w smartfonach oraz w najnowszych samochodach elektrycznych. Użycie tego związku podwaja, a nawet potraja żywotność baterii. Może funkcjonować bez problemu w temperaturze do 90°C i pozwala na szersze zastosowanie na rynku. Znikają bowiem określone ograniczenia dla urządzeń i nie trzeba stosować chłodzenia w bateriach samochodów elektrycznych. Tym samym zostaje zmniejszona ilość energii potrzebna do utrzymania właściwej temperatury, co zwiększa zasięg samochodu (szczególnie w ciepłe dni). Kolejną korzyścią jest zmniejszenie wymagań dla fabryk produkujących baterię i obniżenie kosztów produkcji.
Gdzie stosuje się LiTDI?
Jeśli chodzi o producentów samochodowych, jedyne co wiemy, to informacja, że jedna marka w co najmniej jednym modelu już stosuje baterie z tym związkiem. Niestety nazwa objęta jest tajemnicą. Oprócz samego elektrolitu zespół pracuje nad pozostałymi komponentami baterii, jak również bateriami nowej generacji. Jednym z rozwiązań jest opracowanie stałego elektrolitu dla samochodów elektrycznych. Tego rodzaju materiał jest niepalny, co znacznie zwiększa bezpieczeństwo podczas wypadków. Kolejną innowacja są elektrolity pozbawione fluoru, który to pierwiastek wykazuje właściwości toksyczne podczas pożaru, a obecny jest w każdej dotychczasowo produkowanej baterii. Uważano bowiem, że ten element jest niezbędny. Nikomu jeszcze w historii nie udało się opracować związku bez fluoru i wykazać, że wynalazek działa. Zespół polskich naukowców tego dokonał.
Jaka przyszłość dla baterii?
Produkcja baterii powinna przebiegać sprawnie w przyszłości, jednakże potrzebne są zmiany kierunków branży, aby był możliwy dalszy wzrost produkcji. Chodzi tu głównie o składniki, niektórych może nie wystarczyć, inne mogą być zbyt kosztowne. Przykładem jest tak ważny pierwiastek jak kobalt, którego podaż jest ograniczona. Największą ilość wydobywa się w Kongo, choć stopniowo zmniejsza się jego użycie procentowe w bateriach (kiedyś aż 60%, dziś już tylko 12%). Mimo to, baterie produkuje się w znacznie większych ilościach, więc zapotrzebowanie na ten element jest wyższe. Innym ważnymi składnikami są dobrej klasy i czystości grafit oraz nikiel. Oba te surowce wydobywane są tylko w kilku kopalniach na świecie na dużą skalę. Mniejsze zawartości kobaltu, oznaczają większą ilość używanego niklu. Producenci też przestawiają się na użycie tylko manganu albo żelaza z fosforem (o które jest najłatwiej i najtaniej). Jednakże należy dołożyć wszelkich starań, aby surowce takie jak nikiel i kobalt były odzyskiwane na drodze recyklingu.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Ładowanie baterii tak szybkie jak tankowanie
Im szybciej ładujemy baterię, tym mniejsza pojemność maksymalna jest możliwa. Dlatego ładowanie samochodów EV obecnie jest możliwe w 5 – 10 minut, z tym, że bateria zostanie naładowana do ok. 80% pojemności. Generalnie ładując wolniej, tak samo jak ze smartfonami, ogniwo będzie miało dłuższą żywotność. Kolejną sprawą jest moc ładowania. Do tego potrzebna jest infrastruktura. Chcąc naładować szybko samochód potrzebne jest źródło o mocy 720 kW, co jest większą mocą niż dla całego bloku mieszkalnego. Czyli jeżeli byśmy chcieli szybko ładować kilka samochodów jednocześnie, potrzebowalibyśmy mocy jak dla całego osiedla. To oznacza również wysokie koszty związane z samą energią, własną podstacją itd. Lepsze zatem jest trochę wolniejsze ładowanie - pół godziny lub dłużej albo stosowanie magazynu energii by bardziej rozciągnąć w czasie pobór mocy i zmniejszyć zapotrzebowanie na maksymalną moc, ale to też podraża instalację.
Patrząc na coraz nowsze odkrycia związane z wydajnością i bezpieczeństwem akumulatorów, można spojrzeć bardziej optymistycznie na przyszłość pojazdów elektrycznych.
