Brže punjenje i veći domet? Objašnjenje solid-state baterija za električna vozila

Mnogi aspekti električnog vozila isti su kao i vozila na plin: sjedala su sjedala, gume su gume, upravljač se i dalje okreće desno i lijevo. Najveća razlika, i ona koja će omogućiti ili prekinuti masovno usvajanje EV-a, je baterija.

Zato su neka od najuzbudljivijih istraživanja u modernom automobilskom krajoliku usredotočena na tehnologiju baterija—a baterije u čvrstom stanju jedno su područje koje se istražuje. Ova alternativa litij-ionskim baterijama koje se danas koriste obećava poboljšanje dometa vozila, smanjenje vremena punjenja i uklanjanje rizika od požara baterije.

Još ne možete voziti EV na temelju SSD baterija, ali one su u izradi. Honda je nedavno potvrdila da radi na njima u svom laboratoriju u Tokiju, s planovima za lansiranje vozila s poluprovodničkim baterijama u drugom kvartalu 2028. ili 2029. Hyundai, BMW, Ford, GM, Volkswagen i drugi provode slična istraživanja, izvještava JD Power (Otvara se u novom prozoru). Toyota prednjači s više od 1300 patenata (Otvara se u novom prozoru) povezanih s čvrstim baterijama i planira lansirati (Otvara se u novom prozoru) hibrid s jednim do 2025. godine.

U budućnosti bi vlakovi, avioni i kamioni također mogli koristiti čvrste baterije, postavljajući pozornicu za mnogo širu elektrifikaciju transporta nego što možemo zamisliti danas. Evo što trebate znati o ovoj tehnologiji koja potencijalno mijenja igru.

Što je solid state baterija?

(Zasluge: Samsung)

Solid state baterije rade na isti način kao i sve druge baterije. Uzimaju energiju, pohranjuju je i otpuštaju u uređaje – od Walkmana do satova i, sada, motora vozila. Razlika je u materijalima iznutra.

Litij-ionske baterije, koje se danas koriste u električnim vozilima, imaju a tekućina otopina elektrolita smještena između njihovih katoda i anoda (pogledajte srednji razmak na gornjoj slici). Alternativno, koriste se solid state baterije čvrsta elektroliti.

Povećana gustoća znači da solid-state baterije mogu držati između dva i 10 puta veći kapacitet od litij-ionske baterije, izvještava AutoWeek (Otvara se u novom prozoru).

Zašto električna vozila već ne koriste solid state baterije?

Solid state baterije već postoje, samo u puno manjim uređajima kao što su pametni satovi, pacemakeri i RFID oznake. Glavna prepreka njihovoj upotrebi u električnim vozilima je to što su skupi i teško ih je proizvoditi u velikim količinama, objašnjava Vox (Otvara se u novom prozoru). S obzirom da su vozila na baterije ionako skuplja od onih na plin, potrošači nemaju dovoljno apetita za još skuplja vozila.

Dugovječnost je drugi problem, ali Honda kaže da ima rješenje. Čvrsti elektroliti mogu se razgraditi tijekom vremena, pa ga Honda planira zaštititi umotavanjem u novu polimernu tkaninu, izvještava Ars Technica (Otvara se u novom prozoru).

Baterije također moraju biti podvrgnute opsežnim ispitivanjima za izdržljivost na cestama i vijek trajanja za svakodnevnu vožnju. Upamtite, govorimo o uzimanju nečega što nosite na zapešću i korištenju toga za masovno pomicanje automobila ili kamiona po prvi put.

Povećavaju li solid state baterije domet?

(Zasluge: xu wu / Getty Images)

S baterijom u čvrstom stanju električna vozila trebala bi moći prijeći koliko i automobili na plin prije punjenja gorivom. Uzmimo, na primjer, spremnik goriva od 15 galona koji prelazi 30 milja po galonu. Taj auto može prijeći 450 milja prije nego što ga treba potpuno napuniti.

Većina današnjih električnih vozila ima domet od 200 do 300 milja, iako će kamionet GMC Sierra Denali iz 2024. imati domet od 400 milja, a superluksuzni Lucid (Otvara se u novom prozoru), koji je danas na cesti, ima 520 milja dometa.

Pomnožite te raspone s oko 50% (ili čak 80%, izvještava CarBuzz (Otvara se u novom prozoru)) i solid state baterije su spremne za igru ​​na putovanjima. EV s dometom od 300 milja sada ima 450 milja. Osim toga, solid-state baterije će se puniti brže od litij-ionskih baterija uz manju degradaciju same baterije.

Ugašeni požari: Solid State poboljšava sigurnost električnih vozila

(Zasluge: SpyroTheDragon / Getty Images)

Uz zastrašujuća izvješća o požarima akumulatora nakon poplava izazvanih uraganom Ian, električna vozila stekla su lošu reputaciju zbog kotrljajućih šibica. Ali u stvarnosti bi ta čast trebala pripasti litij-ionskoj bateriji. Zamijenite ga ekvivalentom u čvrstom stanju i električno vozilo ima vrlo mali rizik od požara.

Tekući elektroliti u litij-ionskim baterijama su zapaljivi, ali budući da čvrste baterije nemaju tu tekućinu, nemaju isti rizik od požara.

Požari zbog litij-ionskih baterija su rijetki, a proizvođači automobila uključuju kućišta i zaštitne mjere kako bi ih izbjegli, ali kada se dogode, snažni su i teško ih je ugasiti, ponekad zahtijevajući tisuće galona vode. Izrada električnih vozila koja nisu zapaljiva velika je pobjeda za vozače, građane i vatrogasce.

Kako reciklirate krute baterije?

I litij-ionske i solid-state baterije mogu se reciklirati u jednom od mnogih novih pogona posvećenih pomlađivanju materijala koji su na kraju životnog vijeka. Na primjer, Redwood Materials (Otvara se u novom prozoru), koji je pokrenuo bivši Teslin suosnivač JB Straubel, veliki je projekt recikliranja baterija u Nevadi. Redwood ima 792 milijuna dolara (Otvara se u novom prozoru) financiranja od strane investitora, uključujući Ford (Otvara se u novom prozoru).

"Solid-state baterije mogu iskoristiti sve veću infrastrukturu za recikliranje litij-ionskih baterija", kaže Will McKenna, voditelj marketinga za Solid Power, koji podržava BMW i VW, za CarBuzz (Otvara se u novom prozoru).

Preporuka naših urednika

"Kao (litij-ionske) baterije, baterije Solid Power obično sadrže nikal, mangan, litij i male količine kobalta. Iste metode za recikliranje litij-ionskih baterija ekstrakcijom ovih metala također će funkcionirati za baterije u čvrstom stanju. Kao takve, ne predviđamo potrebne dodatne procese ulaganja u infrastrukturu."

Scenariji noćne more o hrpama ispražnjenih EV baterija koje cure u zemlju također se mogu odbaciti, jer unutra nema tekućine koja bi curila. Da ne spominjemo, solid-state može imati 39% manji ugljični otisak od litij-ionskih baterija, izvještava Electrek (Otvara se u novom prozoru).

Silicijum vs solidne baterije

Utrka za energetski gustom baterijom za EV obuhvaća više tehnologija, a solid-state baterije samo su jedno rješenje. Silicijske baterije još su jedan vodeći konkurent, a Tesla (Otvara se u novom prozoru), Porsche (Otvara se u novom prozoru) i drugi već ulažu u njih. Porscheova električna vozila 2024. planiraju koristiti silikonske baterije izrađene od sirovina koje je razvila grupa sa sjedištem u Washingtonu14.

Web stranica Group14 koja prikazuje neobrađene silikonske baterije (Zasluge: Group14)

"Povećavamo gustoću energije baterije do 50% ili više i omogućujemo proizvođačima baterija da smanje vrijeme punjenja do točke u kojoj se punjenje vašeg automobila približava ponovnom punjenju spremnika", kaže Grant Ray iz Group14.

Grupa14 je pionir u novoj metodi proizvodnje iona silicija, obilnog, ali nestabilnog materijala koji proizvođači baterija i automobila mogu koristiti unutar baterija kako bi poboljšali njihovu izvedbu. Oni neće biti posljednji, budući da je Grupa 14 u listopadu dobila potporu od 100 milijuna dolara (Otvara se u novom prozoru) od Bidenove administracije za daljnji razvoj.

Silicijske i solid state baterije se međusobno ne isključuju i jedna ne može pobijediti drugu. Umjesto toga, mogu raditi zajedno kao jedna od mnogih tehnologija potrebnih za izlazak jeftinijih, boljih električnih vozila na tržište.

"Budući da proizvođači automobila traže i silikonske i solid-state baterije, realnost je da se ove dvije tehnologije međusobno ne isključuju", kaže Ray. "Naši partneri koriste našu tehnologiju silikonskih baterija u čvrstim baterijama kako bi pomaknuli granice gustoće energije, omogućujući vozilu da prijeđe udaljenost koju potrošači očekuju."

Da biste saznali više o EV baterijama, pogledajte EV baterije 101: Degradacija, životni vijek, jamstva i više.