CATL: Ogniwa solid-state lata od komercjalizacji. Problemem degradacja i… stały elektrolit

Prezes i założyciel CATL, Robin Zeng, udzielił wywiadu chińskiemu Caijing Magazine. Wbrew deklaracjom niektórych producentów, że już testują baterie ze stałym elektrolitem, Zeng utrzymuje, że na razie są one na etapie laboratoryjno-prototypowym i do komercjalizacji jeszcze daleka droga. Ich głównym problemem jest to, co ma być ich zaletą: stały elektrolit. Bo nie jest łatwo zmusić jony do przemieszczania się w ciałach stałych, a to właśnie jony są podstawą działania ogniw Li-ion.

Stały elektrolit i sprytny pomysł na ogniwa stało-ciekłe

W ostatnich dniach Stellantis pochwalił się, że rozpoczął testowanie prototypowych ogniw Factorial w eksperymentalnym samochodzie i że mają one gęstość energii wynoszącą 0,375 kWh/kg. Bardzo podobne parametry (0,35 kWh/kg) podał chiński Dongfeng, który też chce zacząć montować pakiety solid-state (all-SSB, ASSB) już w drugiej połowie bieżącego roku. W obu przypadkach gęstości energii robią niezłe wrażenie, ale producenci albo nie chwalą się innymi danymi (degradacja, czas ładowania), albo też podają takie wartości, które nie zachwycają na tle najlepszych ogniw LFP.

Moduł z ogniwami solid-state Factorial użyty w samochodzie Stellantis. Zwróć uwagę na nitowania konstrukcji oraz zaciski i śruby, które prawdopodobnie kompresują ogniwa, tj. utrzymują je pod wysokim ciśnieniem (c) Stellantis

Prezes CATL mówi niemalże wprost, że użycie stałych elektrolitów, najważniejsza zaleta ogniw solid-state, stanowi jednocześnie największy problem technologiczny (źródło). Jony litu bez problemu przemieszczają się w elektrolicie, ale nie potrafią skakać. Dlatego elektrody (z natury: stałe) oraz elektrolit (nowość: stały) na etapie produkcji trzeba podgrzać i skompresować z użyciem ciśnienia wynoszącego 6 000 atmosfer, ponad 600 MPa (megapaskali). Żeby jony miały możliwość przemieszczania się po strukturze najpierw elektrod, następnie elektrolitu, by w końcu zakotwiczyć w elektrodzie docelowej.

Dla porównania: wodór do tankowania samochodów z ogniwami paliwowymi przechowywany jest pod ciśnieniem 88 MPa. W samochodach FCEV ciśnienie nominalne to 70 MPa. Zastosowanie takich ciśnień wymagało postępów w technologiach materiałowych, użycia włókien węglowych i kompozytów do produkcji zbiorników na gaz.

Eksperymentalny pojazd do testowania ogniw solid-state Factorial (zdjęcie powyżej) (c) Stellantis

Wróćmy jednak do baterii solid-state. Prezes CATL podkreśla, że wykorzystanie wysokich ciśnień do scalenia elektrod z elektrolitem powoduje, że materiały o różnej odporności na ściskanie odkształcają się w inny sposób. Efektem może być niejednorodna struktura i nierównomierny rozkład składników, które przekładają się na anomalie zwiększające wewnętrzny opór i przyspieszające degradację ogniw, co utrudnia komercjalizację. Wnioski wydają się oczywiste i zaskakujące jednocześnie: zastosowanie stałych elektrolitów może i spowalnia degradację w trakcie eksploatacji wynikającą z ultraszybkich ładowań, jednak powoduje problemy na etapie wcześniejszym: produkcji.

W tym kontekście rozwiązaniem niemal idealnym wydają się ogniwa z elektrolitem stało-ciekłym, gdzie faza ciekła stanowi do 5 procent. Nie wymagają zastosowania bardzo wysokich ciśnień, bo między elektrodami i stałym elektrolitem jest ciecz pozwalająca jonom pływać. Minusy? Takie ogniwa nadal mają we wnętrzu ciekły elektrolit, substancję łatwopalną.

Ocena artykułu

Ocena Czytelników

[Suma: 2 głosów Średnia: 5]

Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy: