Zrewolucjonizowanie rynku pojazdów elektrycznych (EV) wymaga zintegrowanego podejścia obejmującego innowacje technologiczne, rozwój infrastruktury, polityki rządowe oraz edukację konsumentów. Naukowcy z Georgia Institute of Technology opracowali nową, niedrogą katodę, która może radykalnie ulepszyć istniejące ogniwa. Kluczowe okazało się użycie innowacyjnego materiału.
Czytaj też: Wszystkie akumulatory tracą z czasem pojemność. Wkrótce to się zmieni
Prof. Hailong Chen z Georgia Tech mówi:
Od dawna ludzie szukają tańszej, bardziej zrównoważonej alternatywy dla istniejących materiałów katodowych. Myślę, że mamy taką.
Pojazdy elektryczne zmienią się nie do poznania w ciągu 5 lat
Rewolucyjny materiał – chlorek żelaza (FeCl3) – kosztuje zaledwie 1-2 proc. typowych materiałów katodowych i może przechowywać taką samą ilość energii elektrycznej. Materiały katodowe wpływają na pojemność, energię i wydajność, odgrywając główną rolę w wydajności, żywotności i przystępności cenowej baterii, co opisano w czasopiśmie Nature Sustainability.
Czytaj też:Zapomnij o akumulatorach litowo-jonowych! Pozytywny “kopniak” dla całej branży
Zainteresowanie Chena FeCl3 jako materiałem katodowym wzięło się z badań jego laboratorium nad materiałami elektrolitów stałych. Począwszy od 2019 r. próbował on wytwarzać akumulatory półprzewodnikowe przy użyciu stałych elektrolitów na bazie chlorków z tradycyjnymi komercyjnymi katodami na bazie tlenków. Nie poszło dobrze – materiały katody i elektrolitu nie współgrały ze sobą. Wreszcie pojawił się odpowiedni kandydat – FeCl3 – którego struktura krystaliczna jest odpowiednia do przechowywania i transportu jonów litu.
Katoda Chen zawiera tylko żelazo (Fe) i chlor (Cl) – obfite, niedrogie, szeroko stosowane pierwiastki występujące w stali i soli kuchennej. Testy wykazały, że FeCl3 działa równie dobrze lub lepiej niż inne, znacznie droższe katody. Ta technologia może być gotowa do komercyjnego wykorzystania w pojazdach elektrycznych za mniej niż 5 lat.
Prof. Hailong Chen dodaje:
To nie tylko mogłoby sprawić, że pojazdy elektryczne byłyby znacznie tańsze niż samochody spalinowe, ale także zapewnia nową i obiecującą formę magazynowania energii na dużą skalę, zwiększając odporność sieci elektrycznej. Ponadto nasza katoda znacznie poprawiłaby zrównoważony rozwój i stabilność łańcucha dostaw na rynku pojazdów elektrycznych.
Akumulatory litowo-jonowe wprowadzone na rynek przez Sony na początku lat 90. ubiegłego wieku, zapoczątkowały eksplozję w branży elektroniki osobistej. Technologia ta ostatecznie rozwinęła się, aby zasilić pojazdy elektryczne, zapewniając im niezawodne i łatwe w uzupełnieniu źródło energii o dużej gęstości. Niemniej jednak, mają także pewne ograniczenia, które motywują badania nad alternatywami.
Mimo że ceny akumulatorów litowo-jonowych znacznie spadły w ciągu ostatnich lat, ich produkcja wciąż jest stosunkowo droga. Koszty wynikają głównie z konieczności pozyskiwania surowców, takich jak lit, kobalt i nikiel, które są rzadkie i wymagają skomplikowanych procesów wydobycia. Co więcej, zasoby litu i kobaltu są ograniczone, a ich wydobycie często wiąże się z problemami środowiskowymi i społecznymi.
Trzeba też pamiętać, że choć akumulatory litowo-jonowe pozwalają na większy zasięg w porównaniu do starszych rozwiązań, nadal nie mogą równać się z wydajnością tradycyjnych silników spalinowych. Także czas ładowania jest znacznie dłuższy niż czas tankowania, co może być ograniczeniem w szerokim zastosowaniu EV. Dlatego właśnie poszukiwania nowych materiałów do budowy ogniw są tak ważne. Do tej pory tylko cztery rodzaje katod zostały pomyślnie skomercjalizowane dla akumulatorów litowo-jonowych. Ta opracowana przez zespół prof. Chena byłaby piątą i stanowiłby duży krok naprzód w technologii baterii.