Solid-state baterije za revoluciju pogona električnih vozila

Prije nekoliko dana su objavili suradnju s japanskim petrokemijskim divom Idemitsu Kosan, što je jooš jedan korak prema razvoju solid-state baterija i njihovoj masovnoj proizvodnji koja je najavljena 2027. ili 2028. godine

Uspješan razvoj solid-state baterija smatra se ključnim za otključavanje potencijala električnih vozila omogućavanjem puno većeg dosega sa manjim i lakšim baterijama.

Zašto su solid-state toliko bolje? Baterije imaju četiri glavne komponente: anodu, katodu, separator te elektrolit koji omogućuje protok iona s katode prema anodi i obratno.

Danas se gotovo isključivo koriste tzv. litij ionske baterije, što znači da su nositelji energije ioni litija, ali litij ionskih baterija ima jako puno vrsta. Solid-state baterije također koriste ione litija, pa su također litij ionske.

Najčešće korištene baterije u današnjim automobilima su tzv. NMC baterije, što znači da imaju katodu od spoja nikla, mangana i kobalta te anodu od grafita, između kojih je tekući elektrolit.

Jedan od najvažnijih parametara je energetska gustoća, odnosno koliko električne energije možemo uskladištiti unutar baterije, ili još preciznije koliko iona litija možemo natiskati u katodu.

Energetska gustoća NMC baterija koje su danas u komercijalnoj upotrebi je 250 do 270 Wh/kg, što znači da baterija od 50 kWh teži oko 200 kg. No radi se samo o masi ćelija, tome se mora dodati kućište, sustav grijanja i hlađenja te zaštitni kavez što značajno podiže težinu.

Drugi problem je zapaljivost elektrolita, pa se baterija pri oštećenju može zapaliti, a kako elektrolit sadrži i gorivo i kisik, gotovo je nemoguće ugasiti. No, iako je zapaljiv, tekući elektrolit ima visoku ionsku vodljivost što je ključno za funkcioniranje baterije.

Solid-state baterije imaju čvrsti elektrolit pa se baterija ne može zapaliti, a više nema ni potrebe za separatorom pa je masa baterije manja.

Obzirom da je baterija manje osjetljiva i zaštitni kavez može biti slabiji što također smanjuje težinu. Također, ove baterije su puno manje osjetljive na povišene temperature te mogu primiti puno veće snage punjenja.

No razviti čvrsti elektrolit nije jednostavno jer mora biti stabilan, imati visoku ionsku vodljivost te što je najvažnije treba imati mogućnost jeftine masovne proizvodnje.

Energetska gustoća solid-state baterija s anodom o grafita je oko 400 Wh/kg, što je povećanje u odnosu na NMCza oko 50 posto, ali teško da je revolucija.

Ono što će zaista omogućiti revoluciju je kombinacija čvrstog elektrolita te anode od litija što će omogućiti 10 puta veću energetsku gustoću. U brojkama to znači i do 1,5 kWh/kg, što znači da bi spomenut baterija od 50 kWh imala samo 75 kg.

Teorija je poznata, no pretočiti je u praksi nije jednostavno, ali deseci većih i manjih tvrtki rade na tome i sigurno ćemo uskoro vidjeti rezultate.

No ne treba se zanositi, jer je teško za očekivati da će se solid-state (barem prvih godina) ugrađivati u modele koji će se masovno proizvoditi, jer bi to značajno podiglo cijenu vozila.

Također, koliko ima smisla kupiti automobil sa solid-state baterijom kapaciteta npr. 200 kWh i onda se samo voziti po gradu. Za to može odlično poslužiti i današnja tehnologija koja će vremenom biti sve jeftinija.

Drugo pitanje je brzina punjenja i tu također nema čuda. Ako imate solid-state bateriju koja se može puniti snagom od 400 kW, to vam ništa ne vrijedi ako imate punjač snage 50 kWh, kavi su kod nas najčešći.

To znači da će te solid-state bateriju koja omogućuje 1.000 km na 50 kW punjaču, puniti više od četiri sata, a prave benefite dobivate samo na ultra brzim punjačima gdje je cijena energije najveća.