Nove baterije na startu

Nove baterije na startu

Tretjina vseh novih avtomobilov, prodanih na Kitajskem, že ima vtičnico, kar pomeni, da gre za izključno električne ali hibridne različice. Trend strmo narašča. V Evropi si politično prizadevajo na vse možne načine, da bi električne avtomobile potisnili na trg; štejejo motorji z notranjim izgorevanjem. Čeprav so električni avtomobili sestavljeni iz precej manj delov, obstajajo ključne značilnosti razlikovanja. Medtem ko je bilo pri motorjih z notranjim izgorevanjem vprašanje, ali so dizelski ali bencinski, je pri električnih vozilih vprašanje, katera baterijska tehnologija je v trupu. Trenutno prevladuje litij-ionska baterija. Toda druge tehnologije se poskušajo vključiti, zlasti natrijevo-ionske baterije in litij-železo-fosfatne baterije. Kot se pogosto dogaja, trenutno ne obstaja nobena baterijska tehnologija, ki bi zmogla vse: visoko energijsko gostoto, visoke polnilne tokove, visoko stabilnost cikla, zaviranje gorenja in vse to po najnižji ceni s 100-odstotno stopnjo recikliranja in lahko dostopnimi surovinami. Če bi vse to združili v eno tehnologijo, e-mobilnost ne bi imela več kritik. A dejstvo je: vsaka baterijska tehnologija ima svoje posebne prednosti in slabosti. Te je treba skrbno pretehtati, da bi lahko izbrali najboljšo tehnologijo za vsako aplikacijo. Vendar pa obstajajo ogromni nasprotujoči si cilji pri električnih avtomobilih: po eni strani mora biti doseg čim daljši, vendar mora biti avtomobil poceni za nakup za množice. Od danes naprej to ni več mogoče! Če pa cilje premaknete v eno ali drugo smer, lahko alternativne tehnologije baterij že ponudijo razburljive prednosti.

Pravilo je: večja kot je baterija, daljši je doseg. A tudi: višja je cena. Zakaj ima litij-ionska baterija trenutno tako prevladujoč položaj? Sprašujemo raziskovalca Marcusa Jahna, vodjo enote za kompetence baterijskih tehnologij na Avstrijskem inštitutu za tehnologijo (AIT) in pravega strokovnjaka za različne tehnologije baterij. "Litij-ionsko tehnologijo, ki jo trenutno uporabljamo, poznamo že od zgodnjih devetdesetih let prejšnjega stoletja. Vendar nam je zdaj uspelo narediti celice bistveno močnejše. Kljub temu pa s to vrsto baterije že delujemo blizu fizične meje. Tu ne moremo več pričakovati bistvenih preskokov." Litij-ionske baterije imajo nekaj neizpodbitnih prednosti: ponujajo visoko gostoto moči, imajo solidno življenjsko dobo približno 1000 ciklov polnjenja in so dokaj varne za izdelavo. Slaba stran: nizke temperature niso vaš prijatelj, recikliranje je trenutno še vedno zelo drago - ker je kompleksno - predvsem pa uporabljajo redke materiale, kot so nikelj, mangan in kobalt. Da ne omenjamo, da rudarjenje litija zelo onesnažuje okolje in da je večina nahajališč znanih v Južni Ameriki in Avstraliji, kar prav tako odpira »geopolitično odvisnost« – česar raziskovalec Jahn ne opisuje.

Če se baterija poceni, postane cenejši celoten električni avtomobil. Zato potekajo intenzivne raziskave alternativ. Trenutno obstajata dve tehnologiji, ki bi lahko – z določenih vidikov – konkurirali litij-ionski bateriji: litij-železofosfatna baterija (na kratko LFP) ali natrijevo-ionske baterije. Obe različici imata posebne prednosti in slabosti. Ford že uporablja baterijo LFP v nekaterih modelih, saj po navedbah proizvajalca ponuja okoli 15-odstotno cenovno ugodnost. Nadaljnje prednosti: Visoka ciklična stabilnost, manj občutljiv na temperaturo, ne zahteva redkih surovin in ga je mogoče skoraj 100-odstotno reciklirati, le elektrolit je treba zavreči. To pomeni, da bi LFP baterije lahko omogočile bolj dostopen zagon električnega avtomobila. Slaba stran: gostota energije je manjša, zato je potrebnih več celic za enak doseg kot pri litij-ionski bateriji. To bi ponovno povečalo težo – in tudi ceno. Če pa se ta tehnologija uporablja v vozilih, ki jim ni treba doseči največjega dosega, ponuja jasno stroškovno in okoljsko prednost. Raziskovalec Marcus Jahn ocenjuje, da je razlika v energijski gostoti okoli 20 odstotkov. »Tukaj cilj ne bi smel biti zamenjava litij-ionske baterije 1:1 za baterijo LFP, temveč je tehnologija lahko stroškovno učinkovita alternativa, če se uporablja pravilno, če je predvideni namen izbran ustrezno,« pravi raziskovalec.

Natrijeve ionske baterije si trenutno ustvarjajo ime na Kitajskem in uživajo vse večjo priljubljenost. Tudi raziskovalec AIT Marcus Jahn lahko potrdi zelo pozitivne lastnosti celic: "Natrijevo ionsko baterijo intenzivno raziskujejo približno sedem let. Tehnologija je bila prvotno namenjena stacionarnemu delovanju, ker omogoča privlačne stroške na kilovatno uro. Druge prednosti: natrij je zlahka dostopen po vsem svetu, kar zmanjšuje stroške. Poleg tega je mogoče celice izdelati na povsem enak način kot litij-ionske baterije, tudi na istih proizvodnih linijah. Praktično le litij je nadomeščen z natrijem." Toda po eni strani ta celica poleg litija potrebuje tudi redke surovine in je ni mogoče integrirati z litijem v istem procesu recikliranja. Toda sporna točka je drugačna: gostota energije je manjša, približno četrtina je manjka v litijevi celici. Pomeni: Cenovna prednost se spet kupi na račun obsega. Raziskovalec baterij Marcus Jahn pa skuša razložiti, zakaj ima ta tehnologija še vedno potencial: "Ne smemo pozabiti, da se bo povpraševanje po električnih avtomobilih zdaj in v prihodnosti znatno povečalo. Zato hitro potrebujete veliko baterij in vsak uporabnik električnega avtomobila ne potrebuje dosega 700 kilometrov. Tukaj je lahko natrijeva-ionska baterija dober kompromis med dosegom, razpoložljivostjo in ceno." Na koncu intervjuja smo raziskovalca vprašali, kakšen tip baterije bomo uporabljali srednjeročno, v naslednjih petih letih. Odgovor: "Do takrat bo prevladoval litij-ionski tip." Toda kaj sledi je še vedno odprto vprašanje glede na trenutno stanje raziskav.

Litij ion

+ visoka energijska gostota

+ stabilnost trdnega cikla

+ obsežno raziskano

- drago

– surovo intenzivna proizvodnja

– kompleksno recikliranje

Litijev železov fosfat

+ ceneje

+ zelo visoka ciklična stabilnost

+ manj občutljiv na temperaturo

– manjša gostota energije

Natrijevi ioni

+ Natrija je veliko in ga je enostavno dobiti

+ zato cenejši

+ Lahko se proizvaja na litij-ionskih proizvodnih linijah

– manjša gostota energije

– do litija, katerega proizvodnja je podobno intenzivna

– kompleksno recikliranje