Poszukiwanie zielonej” baterii

Poszukiwanie zielonej” baterii

AUTOMOTIVE.AT: Większość akumulatorów do samochodów elektrycznych jest obecnie opracowywana i produkowana w Azji. Czy Europa może dotrzymać tempa innowacji na Dalekim Wschodzie?

BOSCHIDAR GANEV: W rzeczywistości europejski przemysł motoryzacyjny jest nadal w dużym stopniu uzależniony od importu akumulatorów samochodowych z Azji. UE chce zatem rozpocząć własną produkcję akumulatorów, która łączy w sobie wydajność, zrównoważony rozwój i ochronę zasobów w duchu Zielonego Ładu. Akumulatory te będą szczególnie interesujące dla tych producentów, którzy chcą reklamować swoje pojazdy nie tylko pod względem osiągów i zasięgu, ale także pod kątem przyjazności dla środowiska i klimatu oraz stosować akumulator możliwie najlepiej dostosowany do kontekstu europejskiego. Docelowa wizja obejmuje: akumulator wyprodukowany w Europie, z możliwie najwyższym udziałem energii odnawialnej / przejrzystość co do składu i pochodzenia materiałów / minimalizację surowców krytycznych / dobre osiągi w „pierwszym” życiu, czyli podczas użytkowania w pojeździe lub samolocie / możliwość późniejszego wykorzystania w „drugim” życiu, np. jako stacjonarny magazyn. I wreszcie, co nie mniej ważne, istnieje sprawdzona zdolność do recyklingu, gdy żywotność baterii wreszcie dobiegnie końca.

Co może wnieść do tego projekt HighSpin w AIT?

Konsorcjum HighSpin, na którego czele stoi AIT, składa się z 13 partnerów z ośmiu krajów europejskich. Komisja UE uznała potrzebę zrównoważonej produkcji akumulatorów już w 2017 roku. Celem opracowania innowacyjnej chemii ogniw jest zatem wykorzystanie mniej krytycznych surowców i jednocześnie spełnienie zasad gospodarki o obiegu zamkniętym. Przede wszystkim chcemy zastąpić surowiec kobalt, wydobywany w nieludzkich i szkodliwych dla środowiska warunkach przede wszystkim w Kongo, surowcami mniej krytycznymi. W projekcie HighSpin testujemy także dwa różne procesy recyklingu, które można wykorzystać do ekstrakcji wysokiej jakości metali ze zużytych ogniw do produkcji świeżych ogniw.

Jakie są szczególne cechy tej chemii komórkowej?

Obecnie pracujemy nad opracowaniem anody wykonanej z krzemu/grafitu i katody wykonanej z tlenku litu, niklu i manganu. Innowacyjne ogniwo akumulatorowe powinno osiągać jak największą liczbę cykli ładowania, a jednocześnie nadawać się do zastosowań „drugiego życia” i efektywnego recyklingu. Nacisk położony jest także na skalowalność produkcji ogniw, ponieważ prototypy opracowane w laboratorium powinny nadawać się do masowej produkcji przemysłowej przy możliwie najmniejszym wysiłku.

Jaką gęstość energii i żywotność będą miały „zielone” urządzenia do magazynowania energii opracowane w High Spin?

Naszym głównym celem jest wykonanie ogniwa o gęstości energii 390 Wh/kg i żywotności co najmniej 2000 cykli ładowania. Nasze prace badawcze skupiają się na rozwoju materiałów i optymalizacji koordynacji wykonanych z nich elektrod i elektrolitu. W przypadku elektrod badamy innowacyjne struktury powłok 3D w celu zwiększenia gęstości mocy. Następnie optymalizujemy architekturę tak opracowanych ogniw pod kątem odpowiednich wymagań pojazdów i samolotów oraz testujemy je w demonstratorach modułów.

Ile wysiłku będzie kosztować wyprodukowanie tych ogniw na skalę przemysłową – czy w tym celu trzeba będzie budować nowe fabryki akumulatorów?  

Zaletą ogniw akumulatorowych trzeciej generacji jest zastosowanie ciekłych elektrolitów – dzięki temu można wykorzystać istniejące zakłady produkcyjne. Z drugiej strony należy najpierw opracować nowe procesy produkcyjne i systemy produkcyjne dla akumulatorów półprzewodnikowych czwartej generacji, nad którymi obecnie prowadzone są badania na całym świecie. Ta technologia przyszłości z pewnością wygra wyścig w perspektywie średnio- i długoterminowej, ale osiągnięcie jej zajmie prawdopodobnie wiele lat. Tymczasem akumulatory z ciekłymi elektrolitami opracowane w ramach projektu HighSpin będą mogły wnieść cenny wkład w zrównoważony rozwój elektromobilności.

Kiedy „zielone” akumulatory będą gotowe do produkcji seryjnej?

Nasz projekt badawczy potrwa do połowy 2026 roku. Chemia komórkowa opracowana w ramach projektu HighSpin zostanie następnie przetestowana w realistycznych warunkach i udostępniona przemysłowi. Dzięki temu możliwy jest dalszy rozwój akumulatorów oraz dostosowanie ich łańcuchów dostaw i zakładów produkcyjnych. W zależności od dostępności surowców szacuję, że produkcja seryjna zostanie osiągnięta od 2028 r. w przypadku pojazdów i od 2030 r. w przypadku samolotów.