W skrócie:
- Zespół z Uniwersytetu Nankai opracował baterię litowo-metalową
- Gęstości energii przekracza 700 Wh/kg, a stabilna praca odbywa się w temperaturze do minus 50 stopni Celsjusza
- Masowo stosowane ogniwa litowo-jonowe oferują zazwyczaj od 160 do 300 Wh/kg gęstości
- Według badaczy bateria litowo-metalowa dawałaby szanse na przekroczenie 1000 km zasięgu w samochodzie seryjnym, czyli o ok. 50% niż obecnie stosowane
- Produkcja ma ruszyć jeszcze pod koniec roku
Zaczęło się dwie dekady temu
Gdy w 2008 roku na rynek wjechał Tesla Roadster, świat po raz pierwszy zobaczył samochód elektryczny, który nie był kompromisem. Zasięg i osiągi przestały być wymówką dla silników spalinowych, a bateria litowo-jonowa stała się fundamentem nowej ery motoryzacji. Dziś, niespełna dwie dekady później, to właśnie akumulator trakcyjny ponownie znajduje się w centrum uwagi, ale tym razem za sprawą chińskich naukowców.
Dziennik China Daily poinformował (po publikacji w prestiżowym periodyku Nature) o pracy zespołu kierowanego przez Chena Juna z Uniwersytetu Nankai. Badacze opracowali litowo-metalową baterię, której gęstość energii przekracza 700 Wh/kg. Dla porównania, jak podaje prof. Yan Zhenhua z Nankai, obecne, masowo stosowane ogniwa litowo-jonowe oferują zazwyczaj od 160 do 300 Wh/kg, dodatkowo pracują tylko stabilnie w zakresie od minus 20 do plus 30 stopni Celsjusza i pozwalają na realny zasięg do około 800 km.
Chiński przełom – elektrolit kluczem
Różnica jest więc fundamentalna, bowiem nowa konstrukcja nie tylko przekracza barierę 700 Wh/kg (ale w warunkach laboratoryjnych – przyp. red.), ale utrzymuje blisko 400 Wh/kg przy temperaturze minus 50 stopni. To parametr, który ma ogromne znaczenie dla rynków o surowym klimacie oraz dla zastosowań w lotnictwie czy sektorze kosmicznym – przekonują naukowcy.
Kluczem do przełomu było przeprojektowanie elektrolitu na poziomie molekularnym. Zespół zastąpił atomy tlenu fluorem, projektując nowe cząsteczki fluorowanych rozpuszczalników węglowodorowych i budując system koordynacji lit-fluor. – W praktyce chodzi o poprawę transportu jonów i stabilizację pracy przy bardzo wysokiej gęstości energii, a to właśnie te dwa elementy od lat stanowią największą barierę dla litowo-metalowych konstrukcji – mówi prof. Zhenhua.
Co ważne, prace nie zatrzymały się na poziomie akademickim. Na początku lutego zespół współpracował z chińskim producentem Hongqi, prezentując system „litowo-bogatej” baterii manganowej typu „solid-liquid” o gęstości przekraczającej 500 Wh/kg.
Według deklaracji badaczy miałoby to umożliwić przekroczenie 1000 km zasięgu w samochodzie seryjnym, a produkcja ma ruszyć jeszcze pod koniec roku. Jeśli te zapowiedzi się potwierdzą, będzie to skok o około 50 proc. względem obecnych technologii – przekonują branżowi eksperci.
Co dziś dominuje w samochodach elektrycznych?
Aby zrozumieć skalę potencjalnej, przyszłej zmiany technologicznej w obszarze baterii trakcyjnych, warto spojrzeć na to, co faktycznie „jeździ po drogach”.
Jak wskazuje branżowy portal Recharged.com, rynek dzieli się dziś głównie między „dwie chemie” litowo-jonowe, czyli NMC/NCA oraz LFP. Te pierwsze, tj. niklowo-manganowo-kobaltowe i niklowo-kobaltowo-aluminiowe odpowiadają za około 55-60 proc. globalnego rynku i dominują w Europie oraz USA, szczególnie w modelach e-aut o dużym zasięgu. Ich przewagą jest wyższa gęstość energii i lepsza wydajność w niskich temperaturach, co czyni je naturalnym wyborem dla aut klasy średniej i premium.
Z kolei LFP, czyli ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe, stanowią już około 40-45 proc. rynku i są szczególnie popularne w Chinach oraz w bazowych wersjach modeli globalnych „elektryków”. Ich siłą jest niższy koszt produkcji, bo brak kobaltu i niklu, to większa trwałość oraz wyższe bezpieczeństwo termiczne.
Według danych przytaczanych przez branżowe media, koszt produkcji ogniw LFP w 2024 roku był nawet o około 20 proc. niższy niż w przypadku NMC. Dodatkowo LFP wytrzymują 2000-3000 cykli ładowania, co w praktyce może oznaczać przebiegi rzędu 800 tys. kilometrów.
Nieprzypadkowo po LFP sięgają najwięksi gracze. W podstawowych wersjach Tesla Model 3 oraz Tesla Model Y stosowane są właśnie takie pakiety, a chiński gigant BYD rozwinął własną koncepcję tzw. Blade Battery, w której długie ogniwa LFP pełnią również funkcję elementów strukturalnych – pisze portal moya-energia.pl.
Architektura ważniejsza niż chemia?
Ostatnie lata pokazały, że innowacja nie musi dotyczyć wyłącznie składu chemicznego. Coraz większą rolę odgrywa integracja baterii z konstrukcją auta. Koncepcje cell-to-body (CTB) czy cell-to-chassis (CTC) sprawiają, że pakiet staje się elementem nośnym nadwozia. W ubiegłym roku portal Elektromobilni.pl zwracał uwagę na badania zespołu z Chalmers University of
Technology, gdzie opracowano kompozytową baterię strukturalną o sztywności zbliżonej do aluminium. Redukcja masy pojazdu nawet o 20 proc. może przełożyć się na wyraźny wzrost efektywności i zasięgu – twierdzą badacze.
Równolegle trwają prace nad bateriami sodowo-jonowymi – tańszymi i mniej zależnymi od litu oraz nad konstrukcjami ze stałym elektrolitem, uznawanymi za technologiczny „święty Graal”. Te ostatnie obiecują wzrost gęstości energii o 50-80 proc., większe bezpieczeństwo i ultraszybkie ładowanie, ale wciąż zmagają się z wysokimi kosztami i wyzwaniami produkcyjnymi.
Dlaczego akurat te technologie?
No właśnie! O wyborze konkretnej chemii decyduje dziś pragmatyka. LFP wygrywa tam, gdzie kluczowe są cena, trwałość i bezpieczeństwo – w autach miejskich i wersjach standard range. NMC i NCA pozostają bezkonkurencyjne w modelach dalekodystansowych, gdzie każdy dodatkowy kilometr zasięgu ma znaczenie marketingowe i użytkowe.
Jednocześnie ogromny wpływ na rynek ma spadek kosztów. Branżowe analizy wskazują, że od 2010 do 2024 roku średni koszt pakietów baterii spadł o około 90 proc., tj. z poziomu około 1000 dolarów za kWh do wartości zbliżających się do 100 dolarów za kWh w 2025 roku. To właśnie ta granica jest uznawana za punkt, w którym samochód elektryczny kosztowo zrównuje się z autem spalinowym.
Na tym tle zapowiedzi z Chin brzmią jak próba przeskoczenia całej generacji technologicznej. Jeśli 700 Wh/kg z laboratorium uda się przełożyć na trwały, bezpieczny i opłacalny produkt seryjny, obecny podział na LFP i NMC może okazać się etapem przejściowym. Na razie jednak branża zachowuje ostrożność. Historia elektromobilności zna już wiele obietnic, które potrzebowały lat, by wyjechać na drogi.
Oskar Włostowski
