Kietojo kūno baterijos – revoliucija elektromobilių rinkoje ar tik tolimos ateities vizija?

Kietojo kūno baterijos – revoliucija elektromobilių rinkoje ar tik tolimos ateities vizija?

Elektromobilių industrija per pastarąjį dešimtmetį patyrė didžiulį augimą. Viena iš pagrindinių priežasčių – nuolatinis baterijų technologijų tobulėjimas. Šiuo metu dauguma elektromobilių naudoja ličio jonų baterijas, kurios pasitarnavo kaip technologinis proveržis EV rinkai. Tačiau jų trūkumai, tokie kaip ribotas energijos tankis, ilgesnis įkrovimo laikas ir gaisro rizika, skatina ieškoti pažangesnių alternatyvų. Viena iš potencialiausių naujovių – kietojo kūno baterijos. Tai nauja baterijų technologijų kryptis, žadanti didelį elektromobilių efektyvumo šuolį. Tačiau ar ši naujovė jau pasiruošusi revoliucijai rinkoje, ar tai vis dar tolima ateities vizija?

Kas yra kietojo kūno baterijos?

Kietojo kūno (solid-state) baterijos iš esmės nedaug skiriasi nuo įprastų ličio jonų baterijų. Pagrindinis skirtumas – naudojamas kietas elektrolitas, dėl kurio jos ir gavo tokį pavadinimą. Pirmieji eksperimentai su kietaisiais elektrolitais prasidėjo XIX amžiaus viduryje, tačiau sukurti stabilią, efektyvią ir daug energijos naudojančią struktūrą pavyko tik 2011 m. Būtent tuo laikotarpiu automobilių pramonė pradėjo prisijaukinti elektrifikaciją ir gamintojai vieni po kitų ėmė atidžiai tyrinėti elektra varomų automobilių galimybes.

Šiuolaikinė kietojo kūno baterija – tai standartinė anodo, katodo ir elektrolito baterija, tačiau visi šie elementai yra kieto būvio. Litis dažniausiai naudojamas kaip anodas, o įvairūs oksidai arba sulfidai veikia kaip katodas – tai leidžia padidinti krūvio tankį. Kietasis elektrolitas veikia kaip idealus ličio jonų separatorius ir laidininkas.

Tikima, kad kietojo kūno akumuliatoriai taps perspektyvia naujove, ženkliai pagerinsiančia elektromobilių eksploatavimo patirtį ir padidinsiančia nuvažiuojamą atstumą vienu įkrovimu.

Kietojo kūno baterijų pranašumai

Pasak mokslininkų, kietojo kūno baterijų pranašumai prieš ličio jonų baterijas akivaizdūs. Sėkmingai įdiegus šią technologiją, elektromobiliai galėtų konkuruoti su vidaus degimo varikliais ne tik dėl ekologijos, bet ir dėl praktiškumo bei kainos. Pagrindiniai privalumai, kuriuos galėtų suteikti kietojo kūno baterijos:

- ilgesnis nuvažiuojamas atstumas – šiuo metu ličio jonų baterijos apriboja elektromobilių nuvažiuojamą atstumą vienu įkrovimu iki 300–500 km. Kietojo kūno baterijos teoriškai galėtų padidinti šį atstumą dvigubai ar net trigubai – elektromobiliai taptų tinkami tolimiems maršrutams;
- trumpesnis įkrovimo laikas – dėl geresnio energijos tankio ir spartesnio jonų judėjimo kietojo kūno baterijos gali leisti sumažinti įkrovimo laiką iki vos 10–15 minučių. Tai suteiktų elektromobiliams didelį pranašumą, nes vienas iš dabartinių trūkumų – ilgai trunkanti įkrova, palyginti su degalų užpildymu;
- mažesnis svoris – dėl didesnio energijos tankio 80 kWh kietojo kūno baterija bus maždaug ⅔ lengvesnė nei panaši ličio jonų baterija. Elektromobiliams mažesnis baterijos svoris padėtų sumažinti energijos sąnaudas ir padidinti nuvažiuojamą atstumą;
- ilgaamžiškumas ir patvarumas – kietojo kūno baterijos gali tarnauti žymiai ilgiau nei dabartinės ličio jonų baterijos. Tai reiškia, kad elektromobilių savininkams nereikėtų taip dažnai jų keisti. Tai sumažintų eksploatacines išlaidas ir padidintų automobilio likutinę vertę;
- mažesnis gaisrų pavojus – ličio jonų baterijos kelia gaisro pavojų, ypač įkrovimo ar avarijų atvejais. Kietojo kūno baterijos dėl kieto elektrolito žymiai saugesnės. Tai gali sumažinti gamintojų draudimo išlaidas ir garantinius įsipareigojimus;
- paprastesnis perdirbimas – kietojo kūno baterijas lengviau perdirbti dėl paprastesnės struktūros ir medžiagų. Tai sumažina gamybos ir perdirbimo sąnaudas, skatina tvarumą ir ekonomiškumą.

Iššūkiai ir kliūtys kelyje į rinką

Viena yra sukurti technologiją teoriškai, o visai kas kita – pritaikyti ją praktiškai. Laboratorijose kietojo kūno baterijos veikia puikiai, tačiau jų gamyba masiniu mastu kelia sunkumų. Viena pagrindinių kliūčių, trukdančių masinei gamybai– šių baterijų jautrumas didelei drėgmei ir oksidacijai veikiant deguoniui. Būtina atlikti daugiau bandymų realiomis eksploatacijos sąlygomis, siekiant pašalinti trūkumus.

Nepaisant kliūčių, didžiausia pasaulyje baterijų gamintoja Kinijos įmonė CATL (Contemporary Amperex Technology Co Ltd) 2023 m. balandį pristatė savo kūrinį – pusiau kieto kūno akumuliatorių (Semi-Solid State Battery). Jame vis dar naudojamas skystas, tačiau itin didelio tankio elektrolitas. Vis tik jo sudėtis ir pradinė būsena artimesnės klasikiniuose ličio jonų akumuliatoriuose naudojamiems elektrolitams.

Kietojo kūno baterijų technologijų pažanga yra svarbus veiksnys, lemiantis tolimesnę elektromobilių plėtrą ir skatinantis švaresnio transporto ateitį. Nors ši technologija dar tik vystosi, tikėtina, kad ateinančiais dešimtmečiais kietojo kūno akumuliatoriai taps pagrindine energijos kaupimo sistema, pakeisiančia elektromobilių rinką ir padarysiančia juos efektyvesnius, pigesnius, saugesnius. Kol kas tai daugiau ateities vizija nei realybė, nes reikia įveikti nemažai technologinių ir gamybinių iššūkių.