Bezpieczeństwo samochodów elektrycznych od lat stanowi jedno z największych wyzwań dla producentów. Akumulatory litowo-jonowe, które zasilają większość współczesnych pojazdów elektrycznych, są efektywne energetycznie, ale ich ciekłe elektrolity są łatwopalne. To oznacza, że w przypadku uszkodzenia lub przegrzania pojawia się ryzyko pożaru. Problem ten spędza sen z powiek zarówno producentom, jak i użytkownikom elektryków.
Czytaj też: Rewolucja w świecie akumulatorów. Nowa technologia wydłuży zasięg EV aż sześć razy!
Jednym z rozwiązań mogą być ogniwa typu solid state, które eliminują konieczność stosowania łatwopalnych płynnych elektrolitów, ale i one mają swoje ograniczenia. Głównym wyzwaniem jest transfer jonów litu na styku elektrod i elektrolitu stałego – proces ten jest mniej efektywny niż w przypadku płynnych elektrolitów. Dodatkowo, elektrody takich ogniw zmieniają swoją objętość podczas ładowania i rozładowywania, co prowadzi do powstawania pęknięć i zakłóceń w interfejsie połączenia, co z kolei negatywnie wpływa na wydajność i trwałość baterii.
Japońscy naukowcy znaleźli sposób, by połączyć “oba światy” i stworzyli akumulator litowo-jonowy typu quasi solid state, który jest niepalny i znacznie wydajniejszy od standardowych ogniw typu solid state. Badania nad tym rozwiązaniem prowadzone przez zespół prof. Ryosuke Kido z Doshisha University oraz korporację TDK zwiastują rewolucję na rynku elektromobilności.
Akumulatory typu quasi solid state to połączenie dwóch światów
Anoda w nowym akumulatorze została wykonana z krzemu, co pozwala na osiągnięcie dużej pojemności. Katoda to nowoczesny materiał NCM811, czyli związek niklu, kobaltu i manganu, uznawany za jedno z najlepszych dostępnych rozwiązań dla baterii nowej generacji. Obie elektrody są oddzielone warstwą szklanej ceramiki przewodzącej jony litu (LICGC), dostarczanej przez japońską firmę OHARA. Separacja elektrod tym materiałem poprawia stabilność akumulatora oraz chroni go przed przegrzaniem i reakcjami chemicznymi, które mogłyby prowadzić do samozapłonu. Szczegóły opisano w czasopiśmie Journal of Energy Storage.
Czytaj też: Ten akumulator pobije rekord zasięgu i wytrzyma nawet 20 tysięcy cykli ładowania
Aby zapewnić wysoką wydajność ogniw, badacze opracowali także unikalne niepalne roztwory elektrolitów, które idealnie współpracują z elektrodami i interfejsem ceramicznym. Dzięki zastosowaniu takich substancji fosforan tris(2,2,2-trifluoroetylu) i węglan metylu 2,2,2-trifluoroetylu, ogniwo wykazuje nie tylko dużą stabilność termiczną, ale także znakomitą wydajność elektrochemiczną. Przeprowadzone testy potwierdziły, że nowy typ ogniw cechuje się wysoką pojemnością ładowania i rozładowania, a jego cykl życia jest znacznie dłuższy niż w przypadku konwencjonalnych baterii. Co więcej, testy kalorymetryczne wykazały, że ogniwa quasi solid state generują bardzo mało ciepła, nawet w temperaturach przekraczających 150oC, co czyni je znacznie bezpieczniejszymi od tradycyjnych ogniw litowo-jonowych.

Zastosowanie ognioodpornych baterii może zrewolucjonizować nie tylko rynek EV, ale także inne branże korzystające z bezprzewodowych urządzeń. Technologia ta znajdzie zastosowanie m.in. w dronach, robotach przemysłowych czy urządzeniach medycznych, które wymagają niezawodnego zasilania bez ryzyka przegrzania. To także doskonałe rozwiązanie dla elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony czy laptopy, które dzięki nowym bateriom mogą stać się znacznie bezpieczniejsze.
Wprowadzenie ognioodpornych akumulatorów może znacząco wpłynąć na rynek elektromobilności. Zwiększone bezpieczeństwo użytkowania EV może przyciągnąć nowych klientów, dotychczas obawiających się potencjalnych zagrożeń związanych z bateriami. Dodatkowo, producenci samochodów będą mogli oferować bardziej niezawodne i trwałe samochody, co wzmocni ich pozycję na konkurencyjnym rynku.
Japońskie koncerny, takie jak Panasonic i Toyota, od lat inwestują w rozwój technologii akumulatorów. Panasonic rozpoczął produkcję nowej generacji ogniw 4680, które są lżejsze, wydajniejsze i tańsze w produkcji niż ich poprzednicy. Te baterie mają poprawić zasięg i czas ładowania pojazdów elektrycznych, jednocześnie obniżając koszty. Toyota planuje rozpocząć produkcję ogniw nowej generacji w 2026 roku, w tym baterii z technologią stałego elektrolitu, które mają zapewnić zasięg do 1000 km i szybkie ładowanie. Warto dodać, że rząd Japonii aktywnie wspiera rozwój technologii akumulatorów, przeznaczając 2,4 miliarda dolarów na dofinansowanie nowatorskich rozwiązań. Celem jest zwiększenie krajowych zdolności produkcyjnych i wzmocnienie konkurencyjności japońskiego przemysłu na globalnym rynku.