Η αναζήτηση για την «πράσινη» μπαταρία

Η αναζήτηση για την «πράσινη» μπαταρία

AUTOMOTIVE.AT: Οι περισσότερες μπαταρίες για ηλεκτρικά αυτοκίνητα αναπτύσσονται πλέον και παράγονται στην Ασία. Μπορεί η Ευρώπη να συμβαδίσει με το ρυθμό της καινοτομίας στην Άπω Ανατολή;

BOSCHIDAR GANEV: Στην πραγματικότητα, η ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία εξακολουθεί να εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις εισαγωγές από την Ασία για μπαταρίες οχημάτων. Ως εκ τούτου, η ΕΕ θέλει να δημιουργήσει τη δική της παραγωγή μπαταριών που συνδυάζει την απόδοση, τη βιωσιμότητα και τη διατήρηση των πόρων στο πνεύμα της Πράσινης Συμφωνίας. Αυτές οι μπαταρίες θα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εκείνους τους κατασκευαστές που θέλουν να διαφημίσουν τα οχήματά τους όχι μόνο από την άποψη της απόδοσης και της αυτονομίας, αλλά και από την άποψη της φιλικότητας προς το περιβάλλον και το κλίμα και να χρησιμοποιούν μια μπαταρία που είναι όσο το δυνατόν πιο κατάλληλη για το ευρωπαϊκό πλαίσιο. Το όραμα-στόχος περιλαμβάνει: μπαταρία που κατασκευάζεται στην Ευρώπη, με τη μεγαλύτερη δυνατή αναλογία ανανεώσιμης ενέργειας / διαφάνεια όσον αφορά τη σύνθεση και την προέλευση των υλικών / ελαχιστοποίηση κρίσιμων πρώτων υλών / καλή απόδοση στην «πρώτη» ζωή, δηλαδή όταν χρησιμοποιείται σε όχημα ή αεροσκάφος / δυνατότητα μετέπειτα χρήσης σε «δεύτερη» διάρκεια ζωής, για παράδειγμα ως σταθερή αποθήκευση. Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, υπάρχει η αποδεδειγμένη ανακυκλωσιμότητα όταν η μπαταρία έχει επιτέλους φτάσει στο τέλος της ζωής της.

Τι μπορεί να συμβάλει σε αυτό το έργο HighSpin στο AIT;

Η κοινοπραξία HighSpin, με επικεφαλής το AIT, αποτελείται από 13 εταίρους από οκτώ ευρωπαϊκές χώρες. Η Επιτροπή της ΕΕ αναγνώρισε την ανάγκη για βιώσιμη παραγωγή μπαταριών ήδη από το 2017. Ο στόχος της ανάπτυξης μιας καινοτόμου κυτταρικής χημείας είναι επομένως η χρήση λιγότερο κρίσιμων πρώτων υλών και ταυτόχρονα η τήρηση των αρχών της κυκλικής οικονομίας. Πάνω από όλα, θέλουμε να αντικαταστήσουμε την πρώτη ύλη κοβάλτιο, που εξορύσσεται υπό απάνθρωπες και περιβαλλοντικά επιβλαβείς συνθήκες, κυρίως στο Κονγκό, με λιγότερο κρίσιμες πρώτες ύλες. Στο έργο HighSpin, δοκιμάζουμε επίσης δύο διαφορετικές διαδικασίες ανακύκλωσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή μετάλλων υψηλής ποιότητας από χρησιμοποιημένες κυψέλες για την παραγωγή φρέσκων κυττάρων.

Ποια είναι τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αυτής της κυτταρικής χημείας;

Αυτή τη στιγμή εργαζόμαστε για την ανάπτυξη μιας ανόδου από πυρίτιο/γραφίτη και μιας καθόδου από οξείδιο λιθίου-νικελίου-μαγγανίου. Η καινοτόμος κυψέλη μπαταρίας θα πρέπει να επιτυγχάνει τον υψηλότερο δυνατό αριθμό κύκλων φόρτισης και ταυτόχρονα να είναι κατάλληλη για εφαρμογές δεύτερης ζωής και αποτελεσματική ανακύκλωση. Η εστίαση είναι επίσης στην επεκτασιμότητα της παραγωγής κυττάρων, επειδή τα πρωτότυπα που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο θα πρέπει να μπορούν να παράγονται μαζικά βιομηχανικά με όσο το δυνατόν λιγότερη προσπάθεια.

Τι ενεργειακή πυκνότητα και διάρκεια ζωής θα έχουν οι «πράσινες» συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που αναπτύχθηκαν στο High Spin;

Ο κύριος στόχος μας είναι να υλοποιήσουμε ένα στοιχείο με ενεργειακή πυκνότητα 390 Wh/kg και διάρκεια ζωής τουλάχιστον 2000 κύκλων φόρτισης. Το επίκεντρο της ερευνητικής μας εργασίας είναι η ανάπτυξη υλικών και ο βελτιστοποιημένος συντονισμός των ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολύτη που παράγονται από αυτά. Για τα ηλεκτρόδια, ερευνούμε καινοτόμες δομές επίστρωσης 3D για να αυξήσουμε την πυκνότητα ισχύος. Στη συνέχεια βελτιστοποιούμε την αρχιτεκτονική των κυψελών που έχουν αναπτυχθεί με αυτόν τον τρόπο στις αντίστοιχες απαιτήσεις των οχημάτων και των αεροσκαφών και τα δοκιμάζουμε σε επιδείκτες μονάδων.

Πόση προσπάθεια θα χρειαστεί για την παραγωγή αυτών των στοιχείων σε βιομηχανική κλίμακα – θα πρέπει να κατασκευαστούν νέα εργοστάσια μπαταριών για αυτό;  

Ένα πλεονέκτημα αυτών των στοιχείων μπαταρίας 3ης γενιάς είναι η χρήση υγρών ηλεκτρολυτών - επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις παραγωγής. Αντίθετα, νέες διαδικασίες παραγωγής και συστήματα κατασκευής πρέπει πρώτα να αναπτυχθούν για μπαταρίες στερεάς κατάστασης 4ης γενιάς, οι οποίες επί του παρόντος ερευνώνται παγκοσμίως. Αυτή η μελλοντική τεχνολογία σίγουρα θα κερδίσει τον αγώνα μεσοπρόθεσμα έως μακροπρόθεσμα, αλλά πιθανότατα θα χρειαστούν πολλά χρόνια για να φτάσουμε εκεί. Εν τω μεταξύ, οι μπαταρίες με υγρούς ηλεκτρολύτες που αναπτύχθηκαν στο έργο HighSpin θα μπορούν να συνεισφέρουν πολύτιμη στη βιωσιμότητα της ηλεκτροκίνησης.

Πότε θα είναι έτοιμες οι «πράσινες» μπαταρίες για σειρά παραγωγής;

Το ερευνητικό μας έργο θα διαρκέσει μέχρι τα μέσα του 2026. Η κυτταρική χημεία που αναπτύχθηκε από την HighSpin θα έχει στη συνέχεια δοκιμαστεί υπό ρεαλιστικές συνθήκες και θα διατεθεί στη βιομηχανία. Αυτό αναπτύσσει περαιτέρω τις μπαταρίες και προσαρμόζει τις αλυσίδες εφοδιασμού και τις εγκαταστάσεις παραγωγής τους. Ανάλογα με τη διαθεσιμότητα των πρώτων υλών, εκτιμώ ότι η παραγωγή σε σειρά θα επιτευχθεί από το 2028 για τα οχήματα και από το 2030 για τα αεροσκάφη.