Baterie płynne lub stałe: a co, jeśli istniałaby trzecia droga?

Czy baterie przyszłości będą w stanie stałym? Wysiłki producentów zmierzają w tym kierunku, ale badania wskazują również na inne możliwości. ProLogium na przykład przedstawiło nową technologię, która obiecuje połączyć zalety elektrolitów ciekłych z zaletami twardych, dzięki odmiennemu mechanizmowi transportu jonów litu. I nie, nie mówimy tu o bateriach półtwardych.

Rozwiązanie to nazywa się GEN4 i opiera się na nadpłyniętym elektrolicie nieorganicznym, zwanym SFIE (Superfluidized Inorganic Electrolyte). Nie jest to bateria półtwarda w najwęższym tego słowa znaczeniu, w której współistnieją komponenty stałe i ciekłe, lecz specjalna ewolucja baterii w stanie stałym.

Wykorzystuje bowiem materiał zdolny do modyfikacji swoich właściwości mechanicznych w zależności od wywieranych na niego obciążeń. Prawdziwa innowacja, według tajwańskiej firmy, dotyczy sposobu, w jaki jony litu poruszają się wewnątrz elektrolitu, poprzez strukturę zwaną Dynamic Coordination Network (DCN).

Elektrolit, który „przystosowuje się” do elektrod

W konwencjonalnych bateriach z cieczowym elektrolitem jony litu przemieszczają się przez materiał dzięki dyfuzji wspomaganej rozpuszczalnikiem. W elektrolitach stałych natomiast migrują wzdłuż ścieżek określonych przez strukturę materiału, zazwyczaj bardziej sztywną. W roztworze opracowanym przez ProLogium występuje natomiast trzeci przypadek: specjalne agregaty chemiczne zwane „ligandami” tworzą dynamiczną sieć koordynacyjną, która umożliwia jonom litu szybkie przenoszenie się pomiędzy lokalnymi strukturami będącymi w ciągłej transformacji. System jednocześnie ogranicza ruchliwość anionów, sprzyjając transportowi jonów litu i zmniejszając różnice stężeń, które mogą powstać podczas ładowania i rozładowywania.

Kolejną kluczową cechą jest „nie-newtonowskie” zachowanie elektrolitu SFIE. Pod wpływem obciążeń materiał może ulegać deformacji i przepływowi, dostosowując się do powierzchni elektrod. Gdy obciążenie znika, przywraca on strukturę bardziej stałą. Takie zachowanie umożliwia utrzymanie bardziej równomiernego kontaktu pomiędzy elektrolitem a elektrodami nawet podczas zmian wymiarów spowodowanych cyklami ładowania i rozładowania. Dzięki temu zmniejsza się opór elektryczny na granicy faz, który jest powszechnie uznawany za jedną z przeszkód w rozwoju baterii w stanie stałym, a także ogranicza konieczność utrzymywania ogniw pod wysokimi ciśnieniami kompresji.

Mercedes i ProLogium – sojusz w dziedzinie baterii w stanie stałym

Od 5% do 80% w nieco ponad sześć minut

Wyniki podane przez ProLogium dotyczące efektywności ładowania są szczególnie interesujące. Elektrolit SFIE osiągnął bowiem przewodność jonową 57 mS/cm w temperaturze pokojowej podczas sesji testowych przeprowadzonych pod nadzorem organizacji certyfikującej SGS. Zgodnie z informacjami firmy, w ramach testów wewnętrznych baterie GEN4 wykazały się zdolnością do naładowania się z 5% do 80% poziomu naładowania w ciągu 6,4 minuty, przetrwawszy ponad 1.000 cykli szybkiego ładowania. Ponadto potrafią utrzymać 90% swojej pojemności przy temperaturze -20 °C, a także mają pojemność rozładowania wynoszącą 15C, co wskazuje na możliwość dostarczania prądów o szczególnie wysokiej intensywności.

Szybkość ładowania może zostać dalej poprawiona wraz z dalszym rozwojem technologii: ProLogium opracowuje bowiem wersję GEN4.2, która wykorzystuje porowatą ceramikę jako separator nasączony tym samym elektrolitem SFIE. Zdaniem firmy ta konfiguracja powinna umożliwić ładowanie od 5 do 80% poziomu baterii w czasie krótszym niż pięć minut. Pod względem bezpieczeństwa technologia ta obejmuje również system o nazwie ASM (Active Safety Mechanism), zaprojektowany tak, aby zapobiegać reakcjom u najbardziej reaktywnych materiałów, gdy temperatura osiąga około 125 °C, tym samym ograniczając ryzyko wycieku ciepła.

Baterie stałe i półstałe Mercedes i ProLogium

Zdjęcie: Mercedes-Benz

Mercedes FEV i OPmobility wśród partnerów

Technologia GEN4 nie ma zamiaru pozostać ograniczona do badań nad materiałami. ProLogium współpracuje z różnymi partnerami z branży motoryzacyjnej, aby sprawdzić jej integrację w systemy magazynowania energii przeznaczone dla pojazdów elektrycznych. Wśród nich znajduje się Mercedes – z którym tajwańska firma współpracuje od prawie dziesięciu lat – a który sam niemiecki producent określa jako głównego partnera w rozwoju baterii stałych. Najnowsza umowa zapewnia Mercedesowi priorytetowy dostęp do nowych ogniw GEN4, które będą poddawane testom elektrycznym, termicznym i bezpieczeństwa w celu oceny ich potencjalnego zastosowania w przyszłych modelach.

Na Salonie Samochodowym w Paryżu w 2026 roku ProLogium przedstawiło również aplikacje opracowane we współpracy z FEV i OPmobility. Pierwsza z tych firm stworzyła moduł baterii wykorzystujący komórki pochodzące z Tajwanu, natomiast druga rozwija prototyp pakietu baterii przeznaczonego dla różnych kategorii pojazdów.

Równocześnie ProLogium rozbudowuje swoją zdolność produkcyjną. Do już istniejących linii przemysłowych w Taoke na Tajwanie dołączy gigafactory w Dunkierce we Francji, której pierwsza faza przewiduje roczną zdolność produkcyjną na poziomie 4 GWh, do której ma być stopniowo osiągnięte cel do 2030 roku. Firma skupia się również na recyklingu materiałów: według szacunków elektrolit SFIE może osiągnąć stopień odzysku na poziomie 90%, co umożliwi jego ponowne wykorzystanie w produkcji.

Baterie stałe – nieustanna rywalizacja

Galeria zdjęć: Mercedes i ProLogium przy pracach nad bateriami w stanie stałym