W ostatnich latach branża motoryzacyjna przeżywa prawdziwą rewolucję, a kluczowym elementem tej metamorfozy są baterie trakcyjne. Naukowcy nieustannie pracują nad nowymi rozwiązaniami, które zwiększą zasięg, zmniejszą wagę, skrócą czas ładowania i poprawią bezpieczeństwo samochodów elektrycznych. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju są baterie strukturalne, które łączą w sobie funkcję magazynowania energii i elementu nośnego pojazdu.
Baterie strukturalne – przyszłość elektromobilności
Tradycyjne baterie litowo-jonowe, choć wciąż dominują na rynku, mają swoje ograniczenia – przede wszystkim wagę i objętość. Aby zwiększyć zasięg samochodu, trzeba dodać więcej ogniw, co przekłada się na większą masę i wyższe koszty i… mniejszy zasięg pojazdu. Rozwiązaniem tego problemu mogą być baterie strukturalne, które nie tylko zasilają pojazd, ale również stanowią element jego konstrukcji.
Badacze z Chalmers University of Technology (Szwecja) opracowali baterię wykonaną z kompozytu włókna węglowego, która jest jednocześnie sztywna jak aluminium i zdolna do magazynowania energii. Dzięki takiemu rozwiązaniu można znacząco zmniejszyć masę pojazdu – nawet o 20 proc. – co przekłada się na większą efektywność energetyczną i wydłużenie zasięgu.
– To jak ludzki szkielet. Nie tylko podtrzymuje ciało, ale pełni też inne funkcje – tłumaczy Richa Chaudhary w rozmowie z serwisem thebrighterside.news – jedna z badaczek zaangażowanych w projekt. W przypadku samochodów elektrycznych zastosowanie baterii strukturalnych w konstrukcji dachu czy karoserii może zwiększyć zasięg nawet o 70 proc.
Rodzaje baterii trakcyjnych – zalety i wyzwania
Obecnie w samochodach elektrycznych stosuje się głównie baterie litowo-jonowe, które dzielą się na kilka podtypów, w zależności od składu chemicznego katody:
- Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP)
- Zalety: Długa żywotność (3000-5000 cykli ładowania), niższa cena, większe bezpieczeństwo (mniejsze ryzyko przegrzania).
- Wady: Mniejsza gęstość energii (150-200 Wh/kg), słabsza wydajność w niskich temperaturach.
- Baterie litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC)
- Zalety: Dobra gęstość energii (150-250 Wh/kg), równowaga między trwałością a wydajnością.
- Wady: Krótsza żywotność niż LFP (1000-2500 cykli), wyższy koszt produkcji.
- Baterie litowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA)
- Zalety: Najwyższa gęstość energii (200-300 Wh/kg), stosowane m.in. w Tesli.
- Wady: Krótka żywotność (500-1500 cykli), wrażliwość na wysokie temperatury.
W 2022 roku 60 proc. samochodów elektrycznych korzystało z baterii NMC, podczas gdy 30 proc. wybierało LFP, głównie ze względu na niższe koszty i trwałość. W Chinach dominują akumulatory LFP, podczas gdy Tesla i inni producenci coraz częściej włączają je do swoich modeli – pisze serwis globenergia.pl.
Czy baterie sodowo-jonowe i stałoelektrolitowe zastąpią lit?
Choć baterie litowo-jonowe wciąż rządzą rynkiem, trwają prace nad alternatywami. Jedną z nich są baterie sodowo-jonowe, które nie zawierają litu i są nawet o 30 proc. tańsze w produkcji. Niestety, ich gęstość energii jest niższa (75-160 Wh/kg), co ogranicza zasięg pojazdów. Obecnie są one stosowane głównie w Chinach, ale mogą znaleźć zastosowanie w miejskich samochodach o krótkim zasięgu.
Kolejną obiecującą technologią są baterie ze stałym elektrolitem, które mogą zrewolucjonizować rynek dzięki ultraszybkiemu ładowaniu, większej pojemności i znacznie wyższemu bezpieczeństwu (brak ryzyka wycieku czy zapłonu). Niestety, na komercyjne zastosowanie tej technologii przyjdzie nam jeszcze poczekać – problemy technologiczne wciąż opóźniają jej wprowadzenie.
Elektromobilność lżejsza i wydajniejsza
Nowe technologie baterii trakcyjnych, choćby takie jak baterie strukturalne, mogą radykalnie zmienić rynek samochodów elektrycznych, czyniąc je lżejszymi i bardziej efektywnymi. Mimo że obecnie dominują akumulatory w technologii NMC i LFP, to przyszłość może należeć do rozwiązań sodowo-jonowych i stałoelektrolitowych. Nie ulega wątpliwości, że branża motoryzacyjna nie zwalnia „elektromobilnego” tempa, a kolejne przełomy technologiczne są kwestią czasu.
OW
