Istraživački institut Fraunhofer, sa sedištem u Karlušeu, Nemačka, objavio je studiju o čvrstim baterijama . Tačnije, nemački istraživači su se pitali gde je ova tehnologija i, pre svega, kakvu budućnost ima u odnosu na sadašnji standard, koji predstavljaju čuvene litijum-jonske baterije.
Studija je pokazala da su danas, nakon godina snažnog razvoja, litijum-jonske baterije na ivici dostizanja svog punog potencijala. Poboljšanja su još moguća, ali čini se da je najvažniji napredak postignut. Prava revolucija će tada doći sa dolaskom dugo očekivanih solid-state baterija. Ovo će se masovno dogoditi u roku od 10 godina . Ali šta da očekujemo?
Neke inovacije u pogledu materijala
Počnimo sa razgovorom o hemijskim formulama . Na današnjim litijum-jonskim i solid-state baterijama, neke stvari se neće promeniti. Što se tiče materijala, na primer, metalni litijum i silicijum će ostati najperspektivniji za proizvodnju anoda. Oni nude najveću gustinu energije, ali metode za njihovu proizvodnju u velikim razmerama tek treba da se razviju.
Zaista, danas silicijumske anode imaju nešto nižu gustinu energije od litijum metalnih anoda, ali margine za poboljšanje su značajne i značajna tačka rentabilnosti će biti dostignuta u budućnosti.
Što se tiče ostalih ćelija, proizvođači baterija testiraju različite hemijske formulacije. Međutim, do danas, NMC/NCA baterije (nikl, mangan, kobalt ili nikl, kobalt i aluminijum) su najefikasnije, iako postoje i druge hemijske formule – posebno LFP (litijum gvožđe fosfat) – čija je cena niža i tehničke karakteristike koje se poboljšavaju.
Tri elektrolita za budućnost
Osnovna razlika, iz koje potiče i naziv Solid State Batteri (SSB) , je elektrolit . U ovom specifičnom aspektu, tri grupe materijala mogu se razlikovati kao oni u koje bi bilo prikladno investirati:
Čvrsti oksidni elektroliti : imaju visok kapacitet za mehaničku otpornost i visoku hemijsku stabilnost, ali zahtevaju tretman na visokim temperaturama (sinterovanje), što ih čini prilično krhkim i imaju lošu jonsku provodljivost.
Čvrsti sulfidni elektroliti : fleksibilniji su i lakši za rad i lakše se deformišu, prilagođavajući se na taj način različitim upotrebama, ali se proizvode samo za istraživačke projekte, a metod izgradnje velikih razmera tek treba da se razvije.
Čvrsti polimerni elektroliti : oni su najlakši i najjeftiniji za proizvodnju, ali imaju određena ograničenja zbog nedostatka jonske provodljivosti na sobnoj temperaturi i stoga se moraju prilagoditi da bi se postigle bolje performanse.
Kako se tržište širi
Prema studiji nemačkog instituta, proizvodnja čvrstih baterija krenuće oko 2025. godine . Tačnije, u roku od tri godine, čvrsti oksidni i sulfidni elektroliti će početi da se dramatično povećavaju u smislu dostupnosti na tržištu i naći će svoju prvu komercijalnu primenu. Tri godine kasnije, 2028., isto će važiti i za polimerne elektrolite.
Tokom ovih godina, sektor čvrstih baterija će rasti ne samo zbog definisanja ekonomski održivijih metoda proizvodnje , već i zbog toga što će industrija optimizovati sve komponente baterija kako bi proizvodila veoma performanse. Tako će se promeniti anode i katode i različiti aktivni materijali unutar ćelija.
Sve prednosti čvrstog stanja
Čvrste baterije će postepeno zameniti litijum-jonske baterije iz različitih razloga. Prema istraživačima Fraunhofera, prednosti su:
Gustina energije (uskoro bi se mogla povećati sa 350 Vh/l trenutno na 1150 Vh/l)
Bezbednost (manji rizik od požara zbog pregrevanja)
Trajnost (manja degradacija unutrašnje strukture)
Brzina punjenja (veća izlazna snaga zbog boljeg upravljanja temperaturom)
Sve upotrebe u čvrstom stanju
Razvoj i širenje čvrstih baterija odrediće svet električnih automobila. Automobilski sektor je taj koji će nametnuti masovnu upotrebu ove vrste baterija. Ali kada industrija koja ih proizvodi bude strukturirana, polja primene će biti brojna.
Poluprovodničke baterije koristiće se u potrošačkoj elektronici, ali i u električnim alatima za profesionalnu mašinsku obradu. S obzirom na inicijalno veće troškove proizvodnje, solid-state baterije će postepeno debitovati na vrhunskim modelima.
Povećati proizvodnju
U 2030. godini, prema studiji, proizvodnja čvrstih baterija će dostići između 15 i 40 GVh, dok bi 2035. mogla dostići 120 GVh godišnje. U istom periodu, proizvodnja normalnih litijum-jonskih baterija dostići će neviđene visine: do 6 TVh 2030. i do 8 TVh 2035. godine.
