Poženel B (2025) Sveti gral elektromobilnosti? Motorevija marec-april 2025, 12-14 – https://www.amzs.si/motorevija/avtomobili/tehnika/2025-03-31-na-elektriko-baterijske-celice-s-trdnim-elektrolitom – prosto dostopni članek

Članek v reviji Motorevija, objavljen tudi na spletnih straneh društva AMZS, namenjenega prispevkov tej reviji, opisuje baterijske celice s trdnim elektrolitom kot potencialno revolucionarno tehnologijo za električna vozila, ki ponuja večjo energijsko gostoto, hitrejše polnjenje in boljšo varnost v primerjavi s klasičnimi litij-ionskimi baterijami s tekočim elektrolitom. Pojasnjena je razlika v sestavi med tema dvema tipoma baterijskih celic in poudarjene so prednosti trdnega elektrolita, zlasti glede stabilnosti in odpornosti na visoke temperature ter kratke stike. Kljub temu, da je tehnologija znana že dolgo, je serijska proizvodnja za električno mobilnost še oddaljena, predvsem zaradi izzivov, kot so potreba po visokih delovnih temperaturah, krajša življenjska doba prototipov in visoki stroški izdelave. Članek omenja nekatere proizvajalce avtomobilov, kot so Toyota, Mercedes in Dongfeng, ki aktivno razvijajo in napovedujejo uporabo te tehnologije, ter navaja konkretne primere in napovedi za njeno komercializacijo, ki pa se stalno premikajo v prihodnost.

Glavne teme in pomembne ideje/dejstva v prispevku:

1. Primerjava s klasičnimi litij-ionskimi baterijami:

• Klasične litij-ionske baterije uporabljajo tekoči elektrolit (največkrat v organskem topilu raztopljena sol) in separator iz plastičnih polimerov med anodo (grafit) in katodo (nikelj, mangan, kobalt ali LFP). Litijevi ioni se premikajo skozi tekoči elektrolit.
• Baterijske celice s trdnim elektrolitom imajo vse dele iz čvrstih materialov. Anoda je običajno iz litija (kovina), katoda je podobna kot pri litij-ionskih celicah, namesto tekočega elektrolita in plastičnega separatorja pa imajo trdni separator, ki deluje hkrati kot separator in elektrolit.

2. Prednosti baterij s trdnim elektrolitom:

• Večja varnost: “Tekoči elektrolit v litij-ionskih baterijskih celicah je hlapljiv in zelo vnetljiv, trdni elektrolit pa nima teh lastnosti in je zelo stabilen.” So tudi mehansko odpornejši na udarce in visoke temperature, kar preprečuje kratke stike. Trdni elektrolit je debelejši in bolj odporen na tvorjenje in prebijanje skupkov litija.
• Kompaktna zasnova in večja energijska gostota: Anoda iz čiste kovine litija je manjša kot anoda litij-ionske tehnologije, ki vključuje grafitno strukturo. “Rezultati raziskav dokazujejo, da imajo baterijske celice s trdnim elektrolitom od 2- do 2,5-krat večjo energijsko gostoto kot običajne litij-ionske celice.” To omogoča manjšo velikost in težo baterije za enako količino shranjene energije, ali več shranjene energije pri enaki velikosti in teži.
• Hiter čas polnjenja: “Najnovejše raziskave so tudi pokazale, da baterijske celice s trdnim elektrolitom lahko polnimo do 6-krat hitreje kot klasične litij-ionske baterijske celice.” Trdni elektroliti so pri visokih temperaturah, ki nastanejo pri hitrem polnjenju, bolj stabilni kot tekoči.
• Potencialno hitrejša izdelava: Teoretično je sestava baterij s trdnim elektrolitom preprostejša in hitrejša kot pri klasičnih, kjer je potrebno naknadno vbrizgavanje in absorbiranje tekočega elektrolita.

3. Izzivi baterij s trdnim elektrolitom:

• Nestabilnost in “dihanje” celice: Debelina litijeve anode se med polnjenjem in praznjenjem spreminja (“dihanje”), kar predstavlja težavo za stabilno zasnovo. Celica mora omogočati raztezanje, hkrati pa ohranjati stisnjenost plasti. Obstajajo prototipi z vzmetmi, a niso primerni za serijsko izdelavo.
• Visoke zahtevane temperature za optimalno delovanje: Trdni elektrolit postane dober prevodnik šele pri visokih temperaturah (približno 50 stopinj Celzija), ki jih je v avtomobilu težko vzdrževati. Brez ustreznega ogrevanja se zmogljivost zmanjša. Razvoj se osredotoča na materiale, ki ne zahtevajo tako visokih temperatur.
• Doba trajanja (trenutno) krajša kot pri litij-ionskih baterijah: Kljub teoretičnim napovedim o 8000-10000 ciklih polnjenja (v primerjavi s 4000 pri LFP litij-ionskih), je v praksi to težko doseči, predvsem zaradi težav pri ohranjanju trajnega trdnega stika med plastmi.
• Visoki stroški: Stroški izdelave so trenutno izjemno visoki. Čeprav se približujejo serijski izdelavi, bodo akumulatorski sklopi s trdnim elektrolitom “vsekakor precej dražji od klasičnih litij-ionskih akumulatorskih sklopov“.

4. Stanje serijske izdelave in uporabe:

• Tehnologija trdnih elektrolitov je znana že od 19. stoletja (“ko je prve celice s trdnim elektrolitom ustvaril britanskih kemik in fizik Michael Faraday”).
• Trenutno se v omejeni serijski obliki uporabljajo v medicinski tehnologiji, v akumulatorskih sklopih v nadzorovanih klimatskih razmerah, letalstvu in vesoljskih programih.
• “A do serijske izdelave za potrebe električne mobilnosti je vendarle še daleč.“
• Pretekli poskusi, kot je Bollorejev Bluecar, so se soočali z nepraktično potrebo po nenehnem segrevanju baterij.
• Toyota je med najglasnejšimi zagovorniki, vendar so njihove napovedi o komercializaciji prestavljene (zadnje napovedi po letu 2030, sprva za omejeno število vozil).
• Mercedes je predstavil prototip EQS z baterijo s trdnim elektrolitom (118 kWh, doseg 1000 km), a brez napovedi o komercialni dostopnosti.
• BMW in drugi proizvajalci napovedujejo prihodnost s to tehnologijo.
• Kitajski proizvajalci so aktivni: Dongfeng je na ceste poslal floto električnih avtomobilov z baterijami s trdnim elektrolitom, Ganfeng Lithium je objavil začetek serijske izdelave prve generacije s specifično energijsko gostoto.
• ProLogium (Tajvan) je odprl gigatovarno in načrtuje gradnjo v Franciji.

Zaključek:

Kljub obetavnim prednostim se baterije s trdnim elektrolitom še vedno soočajo s tehnološkimi in ekonomskimi ovirami, ki preprečujejo takojšnjo množično uporabo v električnih avtomobilih. Razvoj poteka, vendar bo serijska proizvodnja za široko uporabo v električni mobilnosti še trajala nekaj let.

URL: https://www.amzs.si/motorevija/avtomobili/tehnika/2025-03-31-na-elektriko-baterijske-celice-s-trdnim-elektrolitom