5 technologii akumulatorów pojazdów elektrycznych, na które warto zwrócić uwagę w następnej dekadzie

Pojawiają się doniesienia o „przełomach w dziedzinie akumulatorów”, ale niewiele technologii udało się już przenieść z laboratoriów do pojazdów elektrycznych. Eksperci, tacy jak Pranav Jaswani z IDTechEx i Evelina Stoikou z BloombergNEF, powiedzieli Wiredowi, że drobne, dobrze wdrożone ulepszenia mogą przynieść znaczną różnicę, ale ich urzeczywistnienie często zajmuje lata ze względu na wymogi bezpieczeństwa, walidację produkcji i wykonalność finansową.

Akumulatory litowo-jonowe pozostają podstawą ery pojazdów elektrycznych

Dotychczasowe przełomy dotyczą akumulatorów litowo-jonowych. „Technologia litowo-jonowa jest bardzo dojrzała” – mówi Evelina Stoikou; skala inwestycji i istniejący łańcuch dostaw utrudniają innym firmom chemicznym dogonienie ich w ciągu następnej dekady. Mimo to, pojedyncza zmiana składu lub procesu mogłaby wydłużyć zasięg o około 80 kilometrów lub obniżyć koszty produkcji na tyle, aby obniżyć cenę samochodu – mówi Pranav Jaswani.

5 kroków, które mogą zrobić prawdziwą różnicę

LFP: Obniż koszty, zachowaj stabilność

Dlaczego to ważne: Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) wykorzystują żelazo i fosforany zamiast drogiego i trudnego w wydobyciu niklu i kobaltu. Akumulatory LFP są bardziej stabilne i ulegają wolniejszej degradacji w wielu cyklach.

Potencjalne korzyści: Niższe koszty akumulatorów i niższe ceny pojazdów – szczególnie ważne, ponieważ pojazdy elektryczne konkurują z samochodami benzynowymi. Technologia LFP jest już popularna w Chinach i oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat rozszerzy się na Europę i Stany Zjednoczone.

Wyzwania: Niższa gęstość energii, mniejszy zasięg na akumulator niż w innych opcjach.

Wysoka zawartość niklu w NMC: większy zasięg, mniej kobaltu

Dlaczego to ważne: Zwiększenie zawartości niklu w ogniwach litowo-niklowo-manganowo-kobaltowych zwiększa gęstość energii i zasięg bez zwiększania rozmiaru/wagi. Pozwala to również na redukcję kobaltu, drogiego i etycznie kontrowersyjnego metalu.

Wyzwania: Niższa stabilność, wyższe ryzyko pęknięć lub eksplozji, wymagają bardziej rygorystycznej konstrukcji i kontroli termicznej, co przekłada się na wyższe koszty. Bardziej odpowiednie dla pojazdów elektrycznych wysokiej klasy.

Proces elektrody suchej: minimalizacja rozpuszczalników, zwiększenie wydajności produkcji

Dlaczego to ważne: Zamiast mieszać materiały z rozpuszczalnikami, a następnie suszymy, technologia suchych elektrod miesza suche proszki przed powlekaniem i laminowaniem. Mniej rozpuszczalników zmniejsza ryzyko dla środowiska, zdrowia i bezpieczeństwa; wyeliminowanie etapu suszenia może skrócić czas realizacji, zwiększyć wydajność i zmniejszyć przestrzeń produkcyjną – a to wszystko obniża koszty.

Status wdrożenia: Tesla złożyła wniosek na anodzie; LG i Samsung SGI testują linię.

Wyzwanie: Przetwarzanie suchego proszku jest skomplikowane pod względem technicznym i wymaga precyzyjnego dostrojenia w celu ustabilizowania produkcji masowej.

Od komórki do pakietu: Wykorzystaj objętość, dodaj około 80 km

Dlaczego to ważne: Dzięki pominięciu modułów i umieszczeniu ogniw bezpośrednio w akumulatorze, można upchnąć więcej ogniw w tej samej przestrzeni. Według Pranava Jaswaniego, technologia ta może wydłużyć zasięg o około 80 km i poprawić prędkość maksymalną, jednocześnie obniżając koszty produkcji. Tesla, BYD i CATL już z niej korzystają.

Wyzwania: Kontrola niestabilności termicznej i wytrzymałości konstrukcyjnej jest trudniejsza bez modułów; wymiana uszkodzonych ogniw staje się skomplikowana, wymagając nawet otwarcia lub wymiany całego klastra.

Anoda krzemowa: Gęsta energia, szybkie ładowanie 6–10 minut

Dlaczego to ważne: Dodanie krzemu do grafitowej anody zwiększa pojemność magazynowania (dłuższy zasięg) i przyspiesza ładowanie, potencjalnie zajmując zaledwie 6–10 minut. Tesla już wymieszała krzem; Mercedes-Benz i General Motors twierdzą, że są coraz bliżej masowej produkcji.

Wyzwanie: Krzem rozszerza się i kurczy cyklicznie, powodując naprężenia mechaniczne i pęknięcia, które z czasem obniżają jego pojemność. Jest to obecnie powszechne zjawisko w małych bateriach, takich jak te w telefonach czy motocyklach.

Technologia	Kluczowe korzyści	Wyzwanie	Status
LFP	Niski koszt, stabilność, powolna degradacja	Niska gęstość energii	Popularność w Chinach; spodziewany wzrost w UE/USA
Wysoka zawartość niklu (NMC)	Zwiększ gęstość, zmniejsz ilość kobaltu	Mniej stabilna, wysoki koszt kontroli termicznej	Nadaje się do samochodów wyższej klasy
Elektroda sucha	Zmniejsz ilość rozpuszczalników, zwiększ wydajność, obniż koszty	Wyzwania techniczne w obsłudze proszków suchych	Tesla (anoda); LG, Samsung przetestowane przez SGI
Komórka do pakietu	Dodaj zasięg ~80 km, zmniejsz koszty	Kontrola ciepła, trudna do naprawy	Aplikacje Tesla, BYD, CATL
Anoda krzemowa	Większy zasięg, szybkie ładowanie 6–10 minut	Rozszerzanie powoduje pękanie i utratę pojemności.	Zbliża się masowa produkcja

Obiecujące technologie, ale wciąż daleko od rynku

Jon sodu: łatwy do znalezienia, tani, odporny na ciepło

Dlaczego to ważne: Sód jest tani, powszechnie dostępny i łatwiejszy w przetwarzaniu niż lit, co obniża koszty łańcucha dostaw. Akumulatory sodowo-jonowe wydają się być bardziej stabilne i dobrze sprawdzają się w ekstremalnych temperaturach. CATL twierdzi, że masowa produkcja rozpocznie się w przyszłym roku, a akumulatory te mogą stanowić nawet 40% chińskiego rynku samochodów osobowych .

Wyzwania: Jony sodu są cięższe, mają niższą gęstość energetyczną i lepiej nadają się do magazynowania stacjonarnego. Technologia jest w powijakach, z niewielką liczbą dostawców i niewielką liczbą sprawdzonych procesów.

Baterie półprzewodnikowe: wysoka gęstość, bezpieczniejsze, ale trudne w produkcji

Dlaczego to ważne: Zastąpienie elektrolitów ciekłych/żelowych stałymi zapewnia wyższą gęstość, szybsze ładowanie, dłuższą żywotność i mniejsze ryzyko wycieków. Toyota zapowiada wprowadzenie na rynek samochodu z bateriami ze stałym elektrolitem w 2027 lub 2028 roku. BloombergNEF przewiduje, że do 2035 roku baterie ze stałym elektrolitem będą stanowić 10% produkcji pojazdów elektrycznych i magazynów energii.

Wyzwania: Niektóre stałe elektrolity słabo sprawdzają się w niskich temperaturach; produkcja wymaga nowego sprzętu; trudno jest stworzyć warstwy elektrolitu wolne od wad; w branży nie ma jednomyślności co do wyboru elektrolitów, co utrudnia łańcuch dostaw.

Pomysł niezwykły, ale trudny do spopularyzowania

Ładowanie bezprzewodowe: maksymalna wygoda, bariera kosztów

Dlaczego to ważne: Według niektórych producentów wkrótce będzie można korzystać z funkcji parkowania i ładowania pojazdów bez konieczności podłączania ich do gniazdka; Porsche prezentuje prototyp i planuje wprowadzić na rynek wersję komercyjną w przyszłym roku.

Wyzwania: Według Pranava Jaswaniego, ładowanie przewodowe jest teraz wydajne i znacznie tańsze w instalacji. Ładowanie bezprzewodowe może pojawić się w niektórych niszowych przypadkach, na przykład w autobusach ładujących się na stacjach benzynowych, ale jest mało prawdopodobne, aby stało się powszechnym rozwiązaniem.

Wnioski: Oczekiwania są uzasadnione, ale ewolucja wymaga czasu

Najbardziej obiecujące technologie akumulatorowe to obecnie głównie optymalizacje w obrębie systemu litowo-jonowego: LFP w celu obniżenia kosztów, wysoka zawartość niklu w celu zwiększenia gęstości, suche elektrody i technologia Cell-to-Pack w celu obniżenia kosztów produkcji oraz anody krzemowe w celu zwiększenia szybkości ładowania. Tymczasem baterie sodowo-jonowe i półprzewodnikowe mają potencjał długoterminowy, ale napotykają na wiele przeszkód produkcyjnych. Jak podkreślają eksperci, nawet niewielkie zmiany w pojazdach elektrycznych mogą pojawić się dopiero po 10 latach – i tylko te ulepszenia, które spełniają normy bezpieczeństwa i spełniają wymogi ekonomiczne, będą miały szansę trafić na rynek.

Źródło: https://baonghean.vn/5-cong-nghe-pin-xe-dien-dang-ky-vong-trong-thap-ky-toi-10310384.html