Komórki w stanie stałym mogą ponownie uczynić Stany Zjednoczone konkurencyjnymi w dziedzinie baterii: prezes zarządu

Firmy amerykańskie mogą próbować nadrobić gigantów azjatyckich w branży baterii, ale baterie stanu stałego mogą dać USA kolejną szansę na osiągnięcie konkurencyjności. Tak uważa dyrektor generalny Solid Power, specjalisty od elektrolitów stanu stałego z Kolorado.

Solid Power należy do fali młodych amerykańskich startupów zajmujących się bateriami – w tym QuantumScape z Kalifornii i Factorial z Massachusetts – które ścigają się w dążeniu do wprowadzenia na rynek baterii stanu stałego.

Naukowcy zajmujący się bateriami są przekonani, że komórki stanu stałego mogą zapewnić większy zasięg pojazdów elektrycznych, szybsze szybkości ładowania oraz wyeliminować ryzyko pożarów w porównaniu z obecnymi bateriami litowo-jonowymi.

Jednak technologię tę okazało się niezwykle trudno wytwarzać na dużą skalę bez wad. Jeśli śledzisz tę rywalizację, wiesz, że technologia ta od lat jest „tuż za rogiem”.

Bateria całkowicie na bazie stanu stałego od Samsung SDI

Zdjęcie: Samsung

Firma Solid Power uważa jednak, że oczekiwanie w końcu się opłaci. Spółka przewiduje, że baterie na bazie stanu stałego trafią do wybranych wysokiej klasy pojazdów elektrycznych pod koniec tej dekady, a szersze zastosowanie pojawi się na początku lat 30. XXI wieku.

W 2024 roku uzyskała również dotację w wysokości 50 milionów dolarów od Departamentu Energii USA w ramach Ustawy o Infrastrukturze Bipartisan, aby wspierać swoje działania rozwojowe.

W odróżnieniu od niektórych konkurentów, Solid Power nie próbuje budować całej baterii. Specjalizuje się w jednym kluczowym składniku: elektrolicie, który ułatwia ruch jonów litu pomiędzy elektrodami.

W bateriach litowo-jonowych elektrolitem jest zazwyczaj palna ciecz chemiczna. W bateriach w stanie stałym firmy koncentrują się głównie na trzech różnych rodzajach elektrolitów stałych: polimerach, tlenkach i siarczkach.

Solid Power stawia na trzecią opcję. Prezes i dyrektor generalny John Van Scoter powiedział w wywiadzie dla InsideEVs, że ich elastyczny elektrolit stały na bazie siarczków może pomóc istniejącym producentom baterii w wdrożeniu tej technologii do ich obecnych procesów produkcyjnych oraz dać Stanom Zjednoczonym szansę na powrót do branży baterii.

„Wszystkie baterie w stanie stałym mogą stać się sposobem, dzięki któremu [Stany Zjednoczone] będą mogły ponownie wejść na rynek i konkurować w branży baterii” – powiedział Van Scoter.

Firma zrobiła krok w kierunku tego celu w zeszłym miesiącu, uruchamiając linię produkcyjną typu Mobius w swojej fabryce w Thornton w Kolorado. Jaki jest cel? Wytwarzanie i sprzedaż elektrolitów z tej fabryki do niektórych największych graczy w przemyśle motoryzacyjnym i bateriowym.

Firma już współpracuje z Fordem, BMW, Samsung SDI, SK ON oraz innymi firmami, których nazwy nie zostały jeszcze oficjalnie ujawnione. Zamiast samodzielnie wytwarzać kompletne baterie, Solid Power twierdzi, że producenci baterii mogą zintegrować jego elektrolit do swoich projektów komórek, przetestować wyniki i wspólnie udoskonalić tę technologię przed rozpoczęciem produkcji.

Van Scoter powiedział, że firma sfinalizowała umowy o wspólnym rozwoju z Fordem i BMW. Teraz jej uwaga skupia się na współpracy z głównymi producentami baterii w celu znalezienia sposobu na skalowanie produkcji.

Oczekuje się, że linia pilotażowa Mobius zostanie uruchomiona do końca roku, co pozwoli zwiększyć roczną zdolność produkcji ciekłego elektrolitu o 45 metrycznych ton. W połączeniu z istniejącymi obiektami daje to łączną zdolność pilotażową wynoszącą 75 metrycznych ton rocznie.

Jak to wpływa na wydajność? Gdy dodany do anodu z silikonu oraz katody z niklu, manganu i kobaltu (NMC), elektrolit siarczkowy firmy Solid Power może zwiększyć gęstość energii ogniwa do 390 watogodzin na kilogram i zapewnić ponad 1000 cykli pracy. (Współczesne baterie NMC z ciekłymi elektrolitami zazwyczaj osiągają wartość około 250–280 Wh/kg.)

Firma twierdzi, że dzięki anodzie z metalu litu gęstość energii może osiągnąć 440 Wh/kg, co stanowi prawie dwukrotność średniej wartości dla obecnych baterii litowo-jonowych. Jednak są to jedynie liczby teoretyczne. Ostateczna gęstość energii będzie zależeć od producenta baterii, który stworzy konkretną komórkę.

„My tworzymy to, co umożliwia funkcjonowanie komórki” – powiedział Van Scoter. „Ale to projekt komórki decyduje o gęstości energii, żywotności cykli oraz innych ważnych cechach.”

Kolejną dużą zaletą jest to, że firma uważa, iż jej technologia nie wymaga nowych fabryk ani drogich modyfikacji sprzętu.

„Możemy używać standardowego sprzętu do produkcji baterii litowo-jonowych w technologii roll-to-roll, aby wytwarzać wszystkie komórki w stanie stałym” – dodał Van Scoter.

Oczywiście baterie stanu stałego wciąż muszą rozwiązać kilka dobrze znanych problemów. Jeden z nich to tworzenie się dendrytów – to małe, igiełkowate struktury litu, które mogą rosnąć wewnątrz ogniwa, powodując potencjalne zwarcia i spadek pojemności. Van Scoter powiedział, że Solid Power włożyło wiele wysiłków inżynieryjnych w rozwiązanie tego problemu.

Firma również nie zaczyna od zera we współpracy z producentami samochodów. BMW w zeszłym roku opublikowało zdjęcia prototypu i7 wyposażonego w baterię stanu stałego z anodą z krzemu opracowaną przez Solid Power.

Prototyp baterii stanu stałego w BMW i7

Zdjęcie: BMW

BMW, Samsung SDI oraz Solid Power zawarły również trójstronną umowę w celu rozwoju tej technologii pod kątem wprowadzenia jej na rynek. Samsung SDI będzie produkować ogniwa, BMW będzie rozwijać moduły i zestawy baterii, a Solid Power dostarczy ciekły elektrolit. Dokładny termin, w którym zobaczymy efekty tej współpracy, pozostaje niejasny.

Inne amerykańskie firmy start-up zajmujące się technologią stanu stałego przyjmują bardziej zintegrowany model działania, rozwijając same ogniwa. Na przykład QuantumScape współpracuje z Volkswagenem, Hondą oraz innymi producentami samochodów w celu wprowadzenia swojej technologii na rynek. Tymczasem Mercedes-Benz i Stellantis rozpoczęły już testy prototypów pojazdów wyposażonych w ogniwa stanu stałego firmy Factorial.

Solid Power uważa jednak, że technologia ta może najpierw dojrzeć w zastosowaniach obronnych, dronach oraz robotach humanoidycznych.

„Cykle doskonalenia są krótsze, a żywotność platformy znacznie szybsza” – powiedział Van Scoter o dronach i robotach.

Co pan o tym myśli?

Tak czy inaczej, amerykańscy producenci samochodów i firmy produkujące baterie nie w pełni skorzystali z boomu baterii litowo-jonowych, pozostawiając to azjatyckim gigantom. Czy uda im się jako pierwszymi wprowadzić na rynek baterie w stanie stałym, pokaże tylko czas.

Kontakt z autorem: suvrat.kothari@insideevs.com

Powiązane artykuły