Baterie SSB przyspieszają. Chińczycy opracowali ogniwo o lepszych parametrach niż planowali
Gotion przedstawił nowe cele dla baterii Gemstone bazującej na stałym elektrolicie. Ogniwo ma osiągnąć gęstość energii wyższą niż zakładał wcześniejszy cel chińskiego producenta. Czym różnią się ogniwa z elektrolitami stałym i ciekłymi?
Gotion, jeden z czołowych producentów akumulatorów do pojazdów elektrycznych, ogłosił nowe plany dotyczące ogniw ze stałym elektrolitem (Solid State Batteries, SSB). Firma dąży do osiągnięcia gęstości energii na poziomie 400 Wh/kg, co oznacza, że w jednym kilogramie ogniwa będzie można zgromadzić 400 watogodzin energii. Wcześniej producent zapowiadał dla tych ogniw osiągnięcie poziomu 350 Wh/kg.
Gotion uruchomił w 2025 roku pilotażową linię produkcyjną ogniw SSB o rocznej wydajności 0,2 GWh, a obecnie planuje linię o wydajności 2 GWh. Ogniwa Gemstone wykorzystują elektrolit siarczkowy. Według producenta przeszły już testy przebicia i wysokiej temperatury, nie emitując dymu i ognia.
W perspektywie długoterminowej firma chce wprowadzić ogniwa SSB w tzw. erę jednego juana, czyli obniżyć koszt do około jednego juana za watogodzinę. Przekłada się to na około 150 dol./kWh, co nadal oznacza ponad dwukrotnie wyższą cenę niż w przypadku przeciętnego ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowego (LFP) w Chinach.
SSB na tle innych technologii
Ogniwa LFP są obecnie najtańszymi i jednymi z najpowszechniej stosowanych ogniw litowo-jonowych. Podobnie jak ogniwa niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC) czy ogniwa sodowo-jonowe mają ciekły elektrolit. LFP cechują się wyraźnie niższą gęstością energii niż SSB (około 160–205 Wh/kg) i gorzej niż NMC czy ogniwa sodowo-jonowe znoszą niskie temperatury, jednak obecnie ich dominacja na rynku elektromobilności i magazynowania energii jest bezdyskusyjna.
Ogniwa SSB są obecnie nadal na etapie przed pełną komercjalizacją. Według opinii ekspertów z rynku elektromobilności w tym roku nie trafią jeszcze do produkcji na dużą skalę, ale mogą pojawiać się w pojazdach dzięki uruchomieniu małych, pilotażowych serii produkcyjnych. Rozwiązaniem pośrednim są ogniwa półstałe, w których elektrolit stały uzupełnia niewielka ilość cieczy lub żelu. Ta technologia jest już produkowana seryjnie i oferuje wyższe bezpieczeństwo pożarowe oraz większą gęstość energii (około 300–360 Wh/kg) niż akumulatory z ciekłym elektrolitem. Ogniwa z półstałym elektrolitem są nadal od nich droższe, choć ich cena systematycznie spada.
Co istotne, w lipcu tego roku w Chinach opublikowano normę GB/T dotyczącą terminologii i klasyfikacji akumulatorów ze stałym elektrolitem. Zakazuje ona używania w materiałach marketingowych określeń takich jak „półstały” czy „quasi-stały”, co ma zapobiegać przedstawianiu ogniw zawierających ciecz jako stałych.
Czym różni się elektrolit ciekły od stałego?
Sednem różnicy między technologiami bateryjnymi jest stan skupienia elektrolitu. Odpowiada on w ogniwie za przemieszczanie się jonów litu, ale nie przewodzi elektronów. Podczas rozładowania jony litu opuszczają anodę, przechodzą przez elektrolit i trafiają do katody. Elektrony, które oddzieliły się od atomów litu, nie mogą przejść przez elektrolit, więc płyną obwodem zewnętrznym, czyli np. przez silnik samochodu. To właśnie ten przepływ jest wykorzystywanym prądem. Podczas ładowania proces przebiega w odwrotnym kierunku.
W elektrolitach ciekłych jony poruszają się swobodnie, otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika, dzięki czemu przewodnictwo jest wysokie także w temperaturze pokojowej. Ciecz wnika w każdą porę elektrod i zapewnia dobry kontakt, nawet gdy materiał puchnie lub kurczy się podczas cykli pracy. Sama ciecz nie rozdziela jednak elektrod, dlatego konieczny jest separator, czyli cienka, porowata folia polimerowa. Jej uszkodzenie prowadzi do zwarcia. Rozpuszczalniki są ponadto palne, a przy przegrzaniu rozkładają się, wydzielając gazy. Może to wywołać ucieczkę termiczną (ang. thermal runaway), czyli lawinowy wzrost temperatury prowadzący do pożaru.
W elektrolicie stałym jony nie przemieszczają się swobodnie, lecz przeskakują między wolnymi miejscami w sieci krystalicznej lub wzdłuż łańcuchów polimeru. Elektrolit sam pełni funkcję separatora, nie jest palny i ma utrudniać wzrost dendrytów, czyli igiełkowatych struktur litu, które w ogniwie z ciekłym elektrolitem mogą przebić separator. Otwiera to drogę do zastosowania anody z litu metalicznego zamiast grafitu, co przekłada się na wyższą gęstość energii. Technologia ma jednak także wady: stały elektrolit gorzej przylega do elektrod, a utrzymanie dobrego kontaktu przy zmianach ich objętości wymaga docisku i bardzo precyzyjnej produkcji. To jeden z głównych powodów wysokich kosztów ogniw ze stałym elektrolitem.
Ekspansja Gotion w Europie
Największym udziałowcem w Gotion jest Volkswagen. Ostatnio obie firmy ogłosiły plan utworzenia trzech spółek joint venture – w Maroku, Hiszpanii i na Słowacji. W tych krajach mają powstać trzy zakłady produkcyjne, które będą wytwarzać baterie LFP i komponenty do nich. Łączna wartość inwestycji ma wynieść 3,22 mld euro.
W Maroku mają powstawać materiały katodowe, które trafią do zakładów w Hiszpanii i na Słowacji. Tam z kolei produkowane będą ogniwa LFP na rynek europejski. Szczegóły wspólnego projektu Gotion i Volkswagena redakcja Gramwzielone.pl opisała w artykule: Volkswagen stawia na chińskie akumulatory. Powstaną trzy nowe fabryki.
Marcin Karwowski
marcin.karwowski@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
Obserwuj nas w Google News
