Chiński MIIT: Droga do ogniw Li-ion jeszcze większych pojemności to Mn, Si, solid-state i Li-metal

Chińskie Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informatycznych (MIIT) wyznaczyło trzy kierunki, w których rodzimi producenci powinni rozwijać ogniwa litowo-jonowe, żeby zaoferować odbiorcom jeszcze wyższe gęstości energii. Są one następujące: 1/ katody o wysokiej zawartości manganu (LMR), 2/ anody oparte na krzemie i przede wszystkim 3/ stałe elektrolity. Dzięki tym ostatnim zostanie zwiększony poziom bezpieczeństwa ogniw, pojawią się jeszcze wyższe moce ładowania oraz anody litowe o maksymalnej dostępnej gęstości energii.

Chiny wskazują, która droga prowadzi w przyszłość

Użycie katod o wysokiej zawartości manganu [i litu – red.] pozwala przedsiębiorstwom na częściowe uniezależnienie się od dostaw drogiego kobaltu i dość drogiego niklu. Katody zawierające ponad 50-60 procent manganu (w Li-NCx: około 10-20 proc.) mają swoje problemy z degradacją, dlatego w przeszłości producenci poszli raczej w kierunku wysokiej zawartości niklu, ale mangan daje dziś coraz bardziej obiecujące wyniki (źródło). W dodatku umożliwia stosowanie wysokich napięć ładowania, co oznacza szybsze uzupełnianie energii – tyle że kosztem przyspieszonej degradacji.

Z kolei zmniejszenie napięć do poziomu Li-NCx lokuje gęstości energii ogniw LMR tuż poniżej Li-NCx (NCM811), w pobliżu 0,28 kWh/kg, przy kosztach zbliżonych do LFP.

Prototypowe ogniwa LMR stworzone przez Forda

Równie ważna ścieżka rozwoju to optymalizacja anod w kierunku możliwie dużej zawartości krzemu. Krzem jest w stanie przetrzymać kilkakrotnie więcej jonów (atomów) litu niż grafit, co automatycznie przekłada się na większą pojemność. Problemem takich anod jest pęcznienie i szybka degradacja, wciskające się w strukturę jony litu po prostu rozsadzają wiązania spajające krzemową strukturę. Plusy? Potencjalne gęstości energii przekraczające 0,3 kWh/kg i dochodzące nawet do 0,45 kWh/kg.

Różne podejścia do użycia krzemu w anodach ogniw Li-ion. Slajd z 2020 roku, nadal aktualny, przynajmniej w trzech pierwszych okienkach od lewej (c) Tesla

Droga „manganowa” to rozwiązanie najszybsze, gdy chodzi o podnoszenie gęstości energii (LFP -> LMR) przy trzymaniu kosztów w ryzach. Droga „krzemowa” daje wysokie gęstości, ale przy wyższych kosztach. Jednak ostatecznym celem rozwoju są ogniwa solid-state. Stały elektrolit oznacza rozwiązanie problemu palności, w dodatku w tego typu bateriach (ASSB) możliwe jest użycie katod NCx albo nowych, manganowych, by osiągnąć i przekroczyć gęstości energii wynoszące 0,4-0,5 kWh/kg. Odpadają koszty anody, bo ta buduje się z litu podczas pracy ogniwa (Li-metal).

Nota od redakcji Elektrowozu: biorąc pod uwagę, że MIIT zaangażowany jest w prace nad nowymi ogniwami od lat, możemy domniemywać, że nowe wytyczne opisują co najmniej częściowo stan faktyczny, czyli dostępne już produkty.

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: