Koja je razlika između litijum-jonskih i solid-state baterija?

Nedavno je osvanula vest da Mercedes u partnerstvu sa američkom kompanijom Factorial ulaže u razvoj takozvanih solid-state baterija. Prve najave su da bi ova inovativna tehnologija trebala da omogući da u budućnosti električni automobili budu laganiji, jeftiniji i da imaju veći domet sa jednim punjenjem.

Litijum-jonske baterije su danas glavni alat za skladištenje električne energije. Ova tehnologija trenutno zadovoljava većinu potreba kada su kapacitet, trajnost i brzina punjenja u pitanju. Takođe, u poslednjoj deceniji masovnost proizvodnje je ovu tehnologiju učinila pristupačnijom, što je još jedan od razloga velike popularnosti litijum-jonskih baterija, piše portal Supertest.rs.

I pored brojnih prednosti, činjenica je da litijum-jonske baterije imaju veliki broj ograničenja i specifičnosti koje ih ograničavaju. Takođe, ocene stručnjaka su da su litijum-jonske baterije trenutno dostigle svoj maksimum i da daljim ulaganjima mogu da se prave samo manji pomaci u poboljšanju njihovih performansi. Najčešće se kao zamena za litijum-jonske baterije pominju takozvane solid-state baterije.

Koja je osnovna razlika između litijum-jonskih i solid-state baterija?

Svaka baterija se po pravilu sastoji od anode, katode, separatora i elektrolita koji omogućuje kretanje jona sa anode prema katodi i obratno, zavisno od toga da li se baterija puni ili prazni. Tu se krije jedan od nedostataka litijum-jonske tehnologije, jer tečni elektrolit, iako dobro provodi jone, ima problem sa visokim ili niskim temperaturama, a između ostalog i zapaljiv je. To u automobilskoj industriji nije nerešiv problem, ali umnogome usložnjava i poskupljuje proizvodnju.

Kod solid-state baterija tečni elektrolit je zamenjen čvrstom materijom. To u tehnologiju proizvodnje baterija i njihove mogućnosti unosi revoluciju. Čvrsti elktrolit ne služi samo kao provodnik jona već i kao separator, čime se pojednostavljuje konstrukcija i smanjuje masa baterija.

Pored toga, čvrst elektrolit eliminiše mogućnost zapaljenja baterije u slučaju oštećenja, odnosno automobilske nezgode. Zahvaljujući tome samo kućište baterije ne mora da bude tako skupo, masivno, što dalje pojeftinjuje proizvodnju i smanjuje masu baterije. Takođe, omogućava da se sa istom ukupnom masom kompletnog baterijskog paketa uskladišti više energije, a na taj način poveća i autonomija.

Pored toga, solid state-tehnologija obećava veću gustinu skladištenja energije, odnosno više sačuvane energije po kilogramu mase baterije. Poznato je i to da će degradacija baterije i njen gubitak kapaciteta usled ciklusa punjenja i pržnjenja biti znatno manji kod solid-state baterija, a da će i brzina punjenja biti čak četiri do šest puta veća. Postavlja se pitanje – zašto nijedan proizvođač do sada nije predstavio revolucionarni električni automobil koji bi svim karakteristikama višestruko nadmašio konkurenciju?

Šta su prepreke za masovnu proizvodnju solid-state baterija?

Razvoj čvrstog elektrolita nije jednostavan, jer on mora da bude stabilan, da ima visoku jonsku provodljivost i na kraju da ispunjava najvažniji uslov – da je pogodan za masovnu proizvodnju. Nema smisla proizvesti prototip baterije koja ima deset puta veći kapacitet od litijum jonske, ako je ona preskupa i ako ne postoji mogućnost masovne proizvodnje.

Trenutno se za proizvodnju čvrstog elektrolita koriste karamika, odnosno minerali i polimeri. Polimeri su jeftiniji za proizvodnju, ali su slabiji provodnici jona. Pored toga, polimeri imaju problem sa provodljivošću jona na sobnoj temperaturi, pa je bateriju potrebno održavati na temperaturi od 60 stepeni Celzijusa. Već se naslućuje problem eksploatacije automobila u zimskim uslovima…

Keramički polimeri su bolji provodnici, ali su im loša mehanička svojstva, odnosno krti su i lomljivi. Takođe, jedna od opcija je i proizvodja solid-state baterije sa čvrstim elektrolitom i anodom od litijuma. Ovaj koncept obećava neuporedivo poboljšane performanse, ali je problem u tome što je litijum prilično nestabilan.

Pred proizvođačima je, dakle, dug put dok ovu tehnologiju usavrše dovoljno da izgura klasične baterije sa tečnim elektrolitom. Naravo, brzina kojom su litijum jonske baterije stekle popularnost, takoreći tokom jedne decenije razvoja, ne daje nikome realnu osnovu da pravi dugoročne prognoze. Za sada je samo jedno sigurno – automobilska industrija se razvija u pravcu elektrifikacije.