Naučnici su možda konačno otkrili zašto su baterije sa čvrstim elektrolitom godinama doživljavale neuspehe. Dve odvojene studije identifikovale su fizičke procese odgovorne za kratke spojeve koji su deceniju usporavali njihovu komercijalizaciju, pretvarajući jednu od najvećih nepoznanica industrije u konkretan inženjerski problem.
Godinama su inženjeri znali kako ove baterije otkazuju, ali ne i zašto. U njihovoj unutrašnjosti nastajale su mikroskopske strukture litijuma koje su vremenom probijale zaštitni sloj između pozitivnog i negativnog pola. Istraživači su mogli da vide posledice, ali nisu uspevali da objasne kako se te strukture formiraju niti kako prolaze kroz materijal koji je upravo dizajniran da ih zaustavi.
Dva nezavisna istraživačka tima sada su dala odgovore na različite delove tog problema. U radu objavljenom u časopisu „Nejčer“, naučnici iz nemačkog Instituta Maks Plank za održive materijale otkrili su da naslage litijuma tokom punjenja stvaraju ogroman unutrašnji pritisak, koji na kraju dovodi do pucanja čvrstog elektrolita iznutra.
Istovremeno, istraživači sa Tehnološkog instituta Masačusets, Tehničkog univerziteta u Minhenu i partnerskih institucija objavili su u časopisu „Nejčer nanotehnolodži“ da sitne električne neravnoteže unutar elektrolita stvaraju uslove za rast neželjenih litijumskih struktura.
Otkrića bi mogla da uklone jednu od najvećih naučnih prepreka upravo u trenutku kada proizvođači automobila i baterija ulažu milijarde dolara u razvoj ove tehnologije.
Proizvođači ne čekaju
Baterije sa čvrstim elektrolitom smatraju se sledećom velikom revolucijom u industriji jer obećavaju veći domet vozila, brže punjenje, veću bezbednost i znatno veću gustinu energije od današnjih litijum-jonskih baterija.
Zamenom tečnog elektrolita čvrstim materijalom smanjuje se rizik od pregrevanja, dok proizvođači mogu da smeste više energije u isti prostor. Zato ova tehnologija nije zanimljiva samo za električne automobile, već i za avijaciju, vojnu industriju i velike sisteme za skladištenje energije.
Uprkos brojnim neuspesima, automobilska industrija nikada nije odustala od ove tehnologije. Proizvođači su problem posmatrali kao prepreku koju će inženjeri kad-tad rešiti.
Ulog je ogroman: veća gustina energije, kraće vreme punjenja, duži domet i veća sigurnost mogli bi potpuno da promene tržište električnih vozila.
Milijarde dolara ulažu se u trku za baterije budućnosti
Japanska kompanija Honda već je izgradila probnu proizvodnu liniju za razvoj tehnologije potrebne za masovnu proizvodnju. Tojota i dalje planira komercijalnu primenu do kraja decenije, dok su Mercedes-Benc, BMW, Stelantis, Hjundai, Samsung SDI, CATL, Kvantumskejp, Solid Pauer i Faktorial Enerdži proširili pilot-programe, strateška partnerstva i testiranja vozila uprkos nerešenim naučnim problemima.
Honda je u gradu Sakura u Japanu uložila oko 280 miliona dolara u proizvodnu liniju površine 27.400 kvadratnih metara. Fabrika simulira kompletan proizvodni proces, od mešanja i nanošenja materijala na elektrode do sklapanja baterijskih modula.
Kompanija koristi tehnologiju valjanja pod pritiskom kako bi sabila čvrsti elektrolit i smanjila mikroskopske vazdušne džepove koji usporavaju kretanje jona, čime se istovremeno pojednostavljuje masovna proizvodnja.
Mercedes-Benc je već izveo ovu tehnologiju na javne puteve. Početkom godine predstavio je modifikovani model EQS opremljen litijum-metalnim ćelijama kompanije Faktorial Enerdži. Tokom testiranja, vozilo je sa jednim punjenjem prešlo 1.205 kilometara između Štutgarta i Malmea, a po završetku puta ostalo mu je još 137 kilometara procenjenog dometa.
BMW testira velike baterijske ćelije kompanije Solid Pauer u modelu i7 na putevima oko Minhena. Program ispituje širenje ćelija, radni pritisak i kontrolu temperature unutar kompletnog baterijskog sistema.
Kompanija Idemicu gradi veliko pilot-postrojenje za proizvodnju sulfidnih čvrstih elektrolita, jednog od ključnih elemenata Tojotinih baterija nove generacije. Tojota planira da započne komercijalnu proizvodnju vozila sa ovom tehnologijom tokom 2027. i 2028. godine.
Šta sledi?
Najveća misterija oko baterija sa čvrstim elektrolitom sada je zamenjena konkretnim inženjerskim izazovom.
Istraživači sada znaju da će sprečavanje pucanja elektrolita i kontrola lokalnih električnih opterećenja odlučiti da li će ove baterije moći da izdrže hiljade ciklusa punjenja van laboratorije.
Ipak, uspeh nije zagarantovan. Čak i kada se sada poznati problemi reše, proizvođači će morati da dokažu da baterije mogu pouzdano da se proizvode u velikim količinama, da izdrže godine korišćenja i da postanu dovoljno jeftine da konkurišu današnjim litijum-jonskim baterijama.
Tojota i dalje očekuje da će prve baterije sa čvrstim elektrolitom predstaviti tokom 2027. i 2028. godine. Honda cilja drugu polovinu decenije, dok su Mercedes-Benc, BMW i nekoliko proizvođača baterija već prešli put od laboratorije do automobila koji se voze javnim putevima.
Trka za baterije budućnosti upravo ulazi u novu fazu.
