Setki producentów i tysiące naukowców z całego świata skupia się na rozwiązaniu problemów związanych z produkcją i użytkowaniem powszechnie stosowanych w przemyśle baterii. W całym tym tłumie wyróżnić warto trzy podmioty, które przodują w opracowywaniu nowych rozwiązań. Są to: Tesla Inc., francuski miliarder i początkująca firma z Massachusetts.

„Kolejne będą technologie, które poprawią wydajność, przechowają więcej energii i wytrzymają dłużej przy mniejszych kosztach” – mówi Jeff Chamberlain, dyrektor generalny Volta Energy Technologies, funduszu inwestycyjnego koncentrującego się na magazynowaniu energii nowej generacji. „Setki milionów, a może nawet kilka miliardów dolarów wydaje się każdego roku na badania.”

Poniżej przedstawiamy trzech, wspomnianych wyżej, najbardziej obiecujących graczy biorących udział w tym wyścigu oraz technologie, które mogą w przyszłości zastąpić dotychczasowe rozwiązania.

1. Redukując kobalt: Tesla

Producenci akumulatorów stale pracują nad maksymalnym obniżeniem zawartości kobaltu w produkowanych przez siebie urządzeniach, aby przede wszystkim móc minimalizować własne koszty. Problem z kobaltem polega na tym, że jest on w dużej mierze eksploatowany na obszarze Demokratycznej Republiki Konga - kraju, który przez dziesięciolecia objętym był konfliktem. Podczas gdy większość materiałów jest tam wydobywana z kopalni komercyjnych, szacuje się, że około 15% surowca pochodzi z kopalń rzemieślniczych, w których często dochodzi do poważnych nadużyć, np. wykorzystuje się dziecięcą siłę roboczą.

Producenci mają obowiązek udowodnić, że wykorzystywany przez nich kobalt jest pozyskiwany zgodnie z międzynarodowym prawem. Łatwiej to powiedzieć niż zrobić, ponieważ znaczna większość minerałów jest przetwarzana w Chinach, gdzie materiały z różnych kopalń są mieszane razem bez zastanowienia.

Rząd Konga niedawno ogłosił, że po raz drugi zamierza podnieść producentom opłaty podatkowe. Niestabilność łańcucha dostaw w połączeniu z gwałtownym wzrostem popytu na materiał (szybko rozwijający się sektor pojazdów elektrycznych) spowodował, że ceny kobaltu pod koniec kwietnia 2018 osiągnęły wartość 166,79 PLN za funt (454 gramy), wzrastając czterokrotnie ponad cenę z początku roku 2016, czyli 40,11 PLN. Obecna wartość rynkowa tego materiału wynosi około 130 PLN za funt.

Jak twierdzą przedstawiciele Tesla Inc., akumulator, który obecnie stosowany jest w produkowanych samochodach (Model 3) i produktach PowerWall (litowo-jonowe, stacjonarne magazyny energii do użytku domowego) zawiera obecnie niecałe 3 procent kobaltu. To mniej, niż ilość znajdująca się w urządzeniach czołowych producentów azjatyckich, którzy do tej pory mogli chwalić się stosowaniem najlepszych rozwiązań w tej dziedzinie.

Produkcję akumulatorów Tesli rozpoczęto w czerwcu 2017 roku sukcesywnie zwiększając nakłady zgodnie z planem sprzedaży Modelu 3. Za cel firma postawiła sobie wyprodukowanie 500 000 pojazdów w 2018 roku. W sierpniu ubiegłego roku firma Tesla oznajmiła, że za pomocą swoich akumulatorów produkuje w przybliżeniu 20 gigawatogodzin rocznie.

"Zawartość kobaltu w naszej mieszance katody niklowo-kobaltowo-aluminiowej już dziś jest niższa, niż w katodach nowej generacji, które trafiają do produkcji na zlecenie innych producentów ogniw" - powiedział Elon Musk, dyrektor generalny Tesli. "Uważamy, że w przyszłości uda nam się sprowadzić ilość kobaltu w naszej mieszance do zera."

Podczas gdy istnieje kilka mniejszych firm, takich jak Lithium Werks w Holandii czy amerykański startup Conamix, które badają i produkują akumulatory niezawierające kobaltu, baterie te nie są jeszcze w stanie zaspokoić potrzeb Tesli. Dla porównania, koreański koncern chemikaliów LG Chem Ltd. obecnie produkuje akumulatory, które w 20% składają się z kobaltu. Celem firmy jest zmniejszenie tej ilości o połowę między rokiem 2020 a 2021.

Przeczytaj także: Energia czerpana z meduz?

2. Bezpieczne baterie: Grupa Bollore

Niefortunne i często tragiczne w skutkach wydarzenia związane z akumulatorami często trafiają na pierwsze strony gazet. Zdarza się, że produkowane obecnie baterie zapalają się lub wybuchają. Trudno zapomnieć o aferze związanej ze Smartfonem Samsunga czy o incydencie Boeinga Dreamlinera. Również akumulatory stosowane w pojazdach elektrycznych są podatne na zapłon podczas wypadków, w wyniku których zasilacz zostaje przebity. Powodem tego jest ciekły elektrolit - łatwopalny roztwór, który przenosi ładunek z jednego końca baterii na drugi. Jeśli wycieknie, może dojść do zapłonu.

Produkcja akumulatorów nowego typu to obszar, który w ostatnich miesiącach przyciągnął blisko półtora miliarda złotych kapitału (w przeliczeniu). Początkująca firma Ionic Materials, z siedzibą w USA, próbująca zastąpić ciekłą mieszankę niegroźnym plastikiem, w ubiegłym roku dzięki powodzeniu swojej Serii C otrzymała setki milionów złotych na dalszy rozwój. Wśród inwestorów wspierających firmę znajdują się między innymi Renault-Nissan-Mitsubishi, Hyundai, Total i Hitachi. Volkswagen z kolei przekazał blisko 400 milinów złotych firmie QuantumScape mieszczącej się w Kalifornii, która pracuje nad podobnym rozwiązaniem. Przedstawiciele VW deklarują, że firma do 2025 roku, chce utworzyć specjalną linię produkcyjną dla tej technologii.

Aby w przyszłości zapewnić bezpieczeństwo użytkowania akumulatorów, producenci baterii starają się znaleźć alternatywę dla obecnie stosowanego elektrolitu, zamieniając go na materiał stały. Blue Solutions, oddział francuskiej firmy Bollore Group, należącej do miliardera Vincenta Bollore, jest liderem w dziedzinie akumulatorów półprzewodnikowych i posiada już dwie działające fabryki, którymi zarządza.

Blue Solutions już dziś produkuje akumulatory półprzewodnikowe na skalę handlową. Fabryki firmy w północnej Francji i Kanadzie co roku wypuszczają na rynek akumulatory o łącznej pojemności 500 megawatogodzin, czyli wystarczająco, aby zasilić 10 000 pojazdów elektrycznych. Firma Współpracuje z producentami samochodowymi, takimi jak Daimler i Citroen oraz firmą inżynieryjną Gaussin Manugistique. Blue Solutions planuje także wprowadzenie ulepszonej wersji swojego półprzewodnikowego akumulatora, który do drugiej połowy 2019 roku będzie mógł przechowywać do 40 procent więcej energii.

"Nadal musimy jednak przekonać nowych klientów, że powinni wybrać pierwsze na rynku baterie litowo-metalowe, w których zamiast niebezpiecznego elektrolitu znajduje się materiał stały", komentuje rzecznik prasowy firmy.

Przeczytaj także: Jak być energooszczędnym w sieci?

3. Gęstość energii: Pellion Technologies

Głównym zadaniem akumulatora jest zmieszczenie maksymalnej ilości energii w małej przestrzeni o lekkiej wadze. Tutaj właśnie pojawia się pojęcie gęstości energii. Im więcej energii może przechowywać akumulator, tym dłużej samochód, telefon czy laptop wytrzyma między ładowaniami. Waga urządzenia również jest kluczowa. Im jest ono lżejsze, tym mniej energii potrzeba do jego zasilenia. Jest to szczególnie ważne w przypadku pojazdów, dronów i rodzącej się branży samolotów elektrycznych.

Pellion Technologies, startup w Massachusetts, produkuje akumulatory, które przechowują dwukrotnie więcej energii elektrycznej niż akumulatory konwencjonalne. W ostatnim kwartale 2018 roku firma zaczęła je dostarczać klientom, a obecne plany zakładają dziesięciokrotne zwiększenie produkcji.

Producenci akumulatorów starają się zwiększyć gęstość energii, zastępując anodę, czyli część akumulatora, która w przeciwieństwie do pozostałych materiałów ma ładunek ujemny, innym materiałem. Obecnie powszechnie wykorzystywany jest grafit, który możemy znaleźć też np. w ołówkach. Naukowcy starają się jednak zastąpić go krzemem i specjalną odmianą litu, aby zwiększyć ilość energii, którą można zmagazynować w baterii.

"Zamieniając grafit na krzem można znacznie zmniejszyć ilość materiałów potrzebnych do budowy anod" - mówi Ravi Manghani, dyrektor ds. magazynowania energii w firmie GTM Research Wood Mackenzie Ltd. "Zmieniając go na lit, mamy szansę podwoić lub nawet potroić gęstość energii".

Akumulator firmy Pellion Technologies Inc korzysta z litu tylko wtedy, gdy jest ładowany, co według dyrektora generalnego Davida Eagleshama, czyni go bezpiecznym w produkcji. Zaczęto go sprzedawać na początku ubiegłego roku. Od tego czasu wyprodukowano już kilkadziesiąt tysięcy ogniw, a planowana sprzedaż w tym roku zakłada przekroczenie granicy stu tysięcy.

Bateria firmy Pellion "może być wyprodukowana w dowolnym litowo-jonowym zakładzie produkcyjnym" - mówi Eaglesham. "Posiadamy partnerskie umowy produkcyjne, które umożliwiają nam zwiększenie zdolności produkcyjnych."

Źródło:

• https://www.renewableenergyworld.com/articles/2018/10/fueling-the-future-how-batteries-are-improving-in-three-ways.html

Grafika:

• https://pixabay.com/pl/photos/zarejestruj-znaki-symbolu-791333/