I když je pravda, že se objevují stále konkurenceschopnější modely elektromobilů, aby se elektrická mobilita stala realitou, měla by být autonomie nabízená elektromobily ještě větší.
A to je právě základní úkol polovodičových baterií, kromě toho, že nabízejí větší stabilitu a bezpečnost.
Technologie polovodičových baterií je evolucí dnešních lithium-iontových baterií (Li-Ion) baterie; používá se nejen v elektrických vozidlech, ale také ve všech druzích elektronických zařízení, jako jsou chytré telefony.
John B. Goodenough – německo-americký vědec a fyzik, spoluvynálezce lithium-iontové baterie – ve svých 97 letech také vede vývoj polovodičové baterie využívající anorganické krystalové elektrolyty . A ve skutečnosti není v tomto výzkumu sám, protože Kalifornská univerzita v San Diegu také investuje do anorganických pevných látek, jako jsou keramické oxidy a sirné sklo.
Zavedením pevných elektrolytů na trh bude možné poskytnout větší autonomii , vyšší bezpečnost a stabilita, snížení ekonomických nákladů a nabízejí mnohem kratší doby nabíjení .
Na jedné straně je lithium-iontová baterie tvořena dvěmaelektrodami; katoda a anoda, které jsou odděleny separátorem, zapuštěny do článku a ponořeny do elektrolytu ,vodivá kapalina, která chemicky reaguje na potřebné ionty mezi elektrodami. A kombinace více článků tvoří baterii.
Když zapneme naše vozidlo, tyto chemické reakce se aktivují a spustí cirkulaci iontů mezi elektrodami, produkují elektrony, přenášejí je do svorek baterie a generují energii. A když nabíjíme baterii, částice cirkulují opačným směrem a dochází k inverznímu procesu.
Jak víme, tyto baterie mají omezenou životnost od 8 až 10 let , což odpovídá přibližně 3 000 úplným nabíjecím cyklům . To je způsobeno skutečností, že tekuté lithium v průběhu času tuhne a vytváří malé dutiny zvané dendrity , které mají na svědomí oslabení baterie, což způsobuje přehřívání a zkraty.
A nejen to, ale další problém s tekutým elektrolytem je, že je hořlavý , což vyžaduje bezpečnostní a chladicí systémy aby se zabránilo hromadění tepla a ztrátám kapacity. A to vše znamená vyšší cenu, hmotnost a objem baterie.
Na druhou stranu hlavní rozdíl v polovodičové baterii padá na elektrolyt což je v tomto případě spíše pevná látka než kapalina. Jinými slovy, akumulátory energie těchto baterií neobsahují vodivou kapalinu, ale jsou tvořeny pevnou sloučeninou, která plní stejnou funkci jako kapalný elektrolyt:přenáší ionty mezi elektrodami, aby generovala energii.
Celkový výkon je stejný, ale s použitím anorganického pevného elektrolytu usnadňuje více aspektů. Abychom byli konkrétnější, tým Johna B. Goodenougha ve spolupráci s inženýrkou Marií Helenou Braga již přihlásil svůj patent na pevný skleněný elektrolyt v dubnu 2020. Jeho verze má anodu z alkalického kovu, která umožňuje zvýšit hustotu energie a životnost baterie.
Díky obrázkům Spring8 můžeme získat představu o tom, jak tyto nové baterie fungují, pokud jde o současné lithium-iontové baterie.
Nižší výrobní a prodejní náklady, vyšší bezpečnost, nehořlavost, delší životnost, vyšší hustota energie a větší možnosti recyklace.
Použití pevné sloučeniny v článcích poskytuje vyšší hustotu energie, což znamená vyšší kapacitu akumulace energie. V případě skla je schopno uložit více energie při nižší hmotnosti.
Přesněji řečeno, tento typ baterie by byl schopen uchovat až třikrát nebo dokonce pětkrát více energie než jeho lithium-iontový ekvivalent. Znamená to tedy, že umožňují mnohem vyšší autonomii .
Navíc nejenže umožňují prodloužit cykly nabíjení a vybíjení (což umožňuje zvýšit jejich životnost), ale také snižují pasivní odvodnění (proces vybíjení baterie, když se nepoužívá).
Lithium-skleněné baterie vyvinuté Johnem B. Goodenoughem jsou schopny vydržet více než 20 000 úplných nabíjecích cyklů (v laboratorních testech přesáhly 23 000 cyklů ).
Elektrolyty v pevné fázi urychlují nabíjení a poskytují mnohem kratší dobu nabíjení (jen během několika minut), protože tyto časy se zkrátí až šestkrát ve srovnání se současnými lithium-iontovými bateriemi.
To je způsobeno skutečností, že baterie, která je tvořena pevnou anorganickou sloučeninou (jako je sklo), umožňuje snadnější a rychlejší pohyb mezi elektrodami.
Zabráněním tvorby dendritů a eliminací možnosti výbuchu a požáru – které současné lithium-iontové baterie mají (i když připomeňme, že riziko požáru je u benzinu nebo nafty čtyřikrát vyšší než u elektrických) – je možné poskytovanou bezpečnost dále zvýšit.
Baterie s pevným elektrolytem, které jsou mnohem méně zahřívané, tedy nepotřebují bezpečnostní ani chladicí systémy aby se zabránilo hromadění tepla. Nepotřebují ani separátory mezi elektrodami nebo ochranný vodotěsný kryt, který koneckonců zvyšuje náklady, hmotnost a více než polovinu objemu Li-ion baterií.
A jako by to nestačilo, tyto nové baterie fungují optimálně i při extrémních teplotách až -20 °C.
Hromadná výroba je stále ve fázi výzkumu, ale pokud mluvíme o materiálu, jako je sklo, jehož výroba je snadná a rychlá, umožnilo by to celkové náklady jak samotné baterie, tak samotného elektromobilu výrazně snížit . Také by to umožnilo vyrábět články z mnohem udržitelnějších materiálů než ty současné lithium-iontové.
Dalším velmi důležitým bodem, který je třeba vzít v úvahu, je, že tyto baterie by umožnily eliminovat prakticky všechen kobalt přítomný v buňkách; velmi drahá, vzácná a neudržitelná surovina.
Zpočátku se neočekávalo, že tento typ baterie bude uveden na trh alespoň dekády . Do tohoto typu technologie však již začal investovat nejeden výrobce a dokonce vyvíjet svůj vlastní patent, jak uvádí John B. Goodenough a Samsung udělali. Toyota, Porsche, BMW, Fisker, Hyundai, General Motors, Honda, Nissan, Daimler a Volkswagen jsou příklady značek, které již investují do jeho rozvoje.
Samsung představila v březnu 2020 svůj pokrok ve vývoji baterií s pevným elektrolytem, jejichž prototyp slibuje výrobu baterií o 50 % menší než ty současné. Společnost odhaduje, že za pár let by mohla představit svůj první smartphone s touto novou technologií.
Toyota , například dosud odmítala vyrábět čistě elektrická auta, protože se domnívala, že stále existují dvě velmi jasná omezení:doby nabíjení a dojezd elektromobilů. Nyní, s vývojem pevných elektrolytů, Toyota konečně uvede svůj první 100% elektrický vůz s baterií s pevným elektrolytem v roce 2022.
Řeč je o novém C-HR EV který loni v dubnu už dorazil k prvním čínským dealerům, ale do Evropy by měl dorazit ještě minimálně pár let. V rámci nové společnosti Prime Planet Energy &Solutions, nového společného podniku s Panasonic, se očekávalo, že se značka letos představí na Olympijských hrách v Tokiu elektromobil poháněný bateriemi s pevným elektrolytem, ale kvůli koronaviru si budeme muset ještě chvíli počkat!
Nová studie z MIT (Massachusetts Institute of Technology) také pracuje na návrhu kovové anody vyrobené z čistého lithia.
Prologium (Tchajwanský výrobce baterií) oznámil na začátku tohoto roku na CES (světová scéna, kde jsou prezentovány technologické inovace) dohodu s různými výrobci automobilů o instalaci nových vysokonapěťových polovodičových baterií s keramickým elektrolytem (na základě MAB, Multi Axis BiPolar+ technika) ve svých elektromobilech. Mezitím KITECH Pozadu s touto slibnou novou technologií nechce zůstat ani (Korea Institute of Industrial Technology).
Někteří poukazují na to, že budoucnost polovodičových baterií bude používat křemík místo skla, jiní, že nejslibnější je použití skla na bázi sodíku (soli), protože jde o velmi běžný materiál na Zemi a má malý dopad na životní prostředí. .
Jakkoli je však způsob a doba implementace této technologie poněkud nejisté a musí být provedeny s ohledem na kritéria opětovného použití a recyklace a procesů, je jasné, že půjde o skutečnou revoluci a nejen v elektrické mobilitě, ale v celém elektronickém průmyslu.
Dokážete si představit, že by soukromá doprava, těžká lodní doprava, letectví a námořní oblasti byly poháněny udržitelnými elektrickými bateriemi? Definitivní sbohem spalovacímu motoru a znečištění. Splněný sen?
