Piasek, lignina ze skandynawskich drzew i materiał na co dzień wykorzystywany do produkcji kamizelek kuloodpornych mogą stać się alternatywą dla tradycyjnych baterii litowo-jonowych (Li-Ion). To tylko część nowatorskich i zaskakujących pomysłów, nad którymi pracują naukowcy. Zastąpienie dotychczasowych ogniw, które od blisko trzech dekad są powszechnym źródłem zasilania urządzeń elektrycznych, jest niezbędne. Baterie Li-Ion stała się dużym sukcesem technologicznym, ale obecnie dochodzą do granic możliwości pod względem uzyskiwanych parametrów.
Pojemne, trwałe i tanie
Czy przełomem okaże się projekt, za którym stoją naukowcy z Uniwersytetu Michigan? Ich odpowiedzią na akumulatory Li-Ion, które podczas produkcji emitują duże ilości CO2, jest wykorzystanie sieci nanowłókien z kevlaru do ustabilizowania reakcji chemicznych między anodą litową a katodą siarkową. Taka bateria ma pięciokrotnie zwiększoną pojemność względem tradycyjnych odpowiedników, a do tego jest w stanie przetrwać ponad tysiąc cykli ładowania.
Przełomowe rozwiązanie tworzy też start-up Form Energy – założona w laboratoriach MIT firma udoskonaliła technologię, którą nauka zna od 140 lat. Chodzi o akumulator żelazowo-powietrzny, który jest 10 razy tańszy niż obecne ogniwa Li-Ion. Produkcja systemów magazynowania energii ma ruszyć w przyszłym roku w Wirginii Zachodniej. Na razie konstrukcja baterii (pojedynczy jej moduł ma rozmiar zestawu pralki i suszarki side-by-side i zawiera stos około 50 ogniw o wysokości 1 m) sprawia, że technologia ta ma służyć zaspokajaniu potrzeb energetycznych na skalę przemysłową.
Czytaj więcej
To może być prawdziwa rewolucja w przemyśle bateryjnym – wygląda na to, że naukowcy znaleźli sposób na rozwiązanie problemów z rosnącymi kosztami akumulatorów litowo-jonowych.
Nad zupełnie innym rozwiązaniem pracuje Polar Night Energy. Ta fińska firma postanowiła wykorzystać powszechnie dostępny zasób – piasek. W tym wypadku potrzebne są duże instalacje (w pilotażowym projekcie spółka wykorzystuje 100 ton piasku), a zastosowania ograniczają się do ogrzewania. W przypadku motoryzacji czy elektroniki użytkowej lepiej w przyszłości sprawdzić się może koncept baterii sodowo-siarkowej. Ma ona czterokrotnie większą pojemność niż odpowiedniki Li-Ion i – jak dowodzą badacze z naukowców z University of Sydney – jest tańsza. Zastosowali oni proces pirolizy i elektrody węglowe, aby poprawić „reaktywność” siarki. Naukowcy donoszą, że udało się radykalnie zwiększyć żywotność takich ogniw w temperaturze pokojowej.
Ale prawdziwy przełom może przyjść z lasów Skandynawii. Chodzi o prace badawcze prowadzone przez Stora Enso i Northvolt. Firmy opracowują baterie wykorzystujące tzw. twardy węgiel na bazie ligniny, produkowany z drewna. W efekcie powstać ma pierwszy na świecie akumulator z anodą pozyskiwaną w całości z europejskich surowców (lignina to polimer pochodzenia roślinnego znajdujący się w ścianach komórkowych roślin – drzewa składają się z 20–30 proc. ligniny, gdzie pełni ona rolę spoiwa). „Drewniane” baterie mogą więc znacząco obniżyć koszty akumulatorów.
Ruszył globalny wyścig
Polska wyrasta na wiodącego gracza na rynku baterii dla przemysłu motoryzacyjnego. W ub.r. nad Wisłą potrojono ich produkcję – nasz kraj wyprzedził USA, stając się drugim producentem na świecie. Wielkość możliwości wytwórczych u nas w 2022 r. sięgnęła 73 GWh. A to więcej niż łącznie posiadają 4. i 5. w rankingu Węgry i Niemcy (odpowiednio 38 i 31 GWh). Dla porównania Stany Zjednoczone dysponują mocami 70, zaś Korea Płd. – 15 Gwh. Bezapelacyjnym liderem są oczywiście Chińczycy – w ub.r. byli w stanie wyprodukować baterie o łącznej mocy 893 GWh. Odpowiadali aż za 77 proc. globalnych mocy wytwórczych (Polska stanowi ledwie 6 proc.).
Czytaj więcej
Naukowcy z Uniwersytetu Michigan dokonali przełomu na rynku baterii – znaleźli alternatywę dla akumulatorów litowo-jonowych, które podczas produkcji emitują duże ilości CO2.
U nas zwoje zakłady, w których powstają ogniwa akumulatorowe lub ich podzespoły, mają bądź wkrótce będą mieć giganci branży – LG Chem, SK IE Technology, Daimler, Foosung, KET, Enchem, BMZ, EV Metals, Northvolt czy Umicore. Do inwestycji sięgającej do 255 mln zł szykują się w gminie Kleszczów również spółki Compremum, Durapower i Elmodis (wspierana przez japońską grupę Meiden). A to być może dopiero początek. Według analityków Polskiego Instytutu Ekonomicznego rosnący popyt na baterie jest szansą dla rozwoju tej branży nad Wisłą. Łukasz Fojt, wiceprezes Compremum, podkreśla, że budowa fabryki to krok do uniezależnienia energetycznego Polski i Europy. – Dzięki tej inwestycji przeniesiemy na nasz kontynent pełny łańcuch wartości nowoczesnych technologii – dodaje.
Eksperci organizacji Transport & Environment (T&E) prognozują, że w 2027 r. UE może uniezależnić się od chińskich baterii Li-Ion. Wspólnota jest na dobrej drodze do produkcji takiej liczby baterii, która w pełni zaspokoi zapotrzebowanie państw członkowskich w zakresie pojazdów elektrycznych i magazynów energii. Jednak – zdaniem T&E – niezbędne jest opracowanie unijnej polityki konkurencyjnej dla nowej amerykańskiej strategii wspierającej zielone inwestycje, a tym samym „minimalizującej ryzyko utraty inwestycji w łańcuch dostaw pojazdów elektrycznych”. USA kuszą potencjalnych producentów ulgami podatkowymi i innymi zachętami, co może skutkować odpływem firm ze Starego Kontynentu. – Aby wesprzeć przemysł w globalnym wyścigu z USA i Chinami, UE powinna zaoferować solidne dofinansowanie – przekonuje Rafał Bajczuk, analityk Fundacji Promocji Pojazdów Elektrycznych.
