Trucks

Jakie są najnowsze trendy w technologii akumulatorów?

Staffan Lundgren
2024-12-11
Technologia i innowacyjność Elektromobilność Paliwa alternatywne
Author
Staffan Lundgren
Director Technology Strategy & Analysis

W ostatnich latach ulepszenia w technologii akumulatorów umożliwiły dynamiczny wzrost transportu elektrycznego. Jakie jednak będą kolejne wielkie trendy i innowacje w tej dziedzinie i jaki wpływ będą one miały na branżę samochodów ciężarowych?
 

Akumulatory stanowią podstawę elektromobilności, a każde udoskonalenie — niezależnie od tego, czy chodzi o wydajność, cenę czy niezawodność — przyspiesza przejście na transport elektryczny. W stosunkowo krótkim czasie udało się już osiągnąć znaczący postęp.
 

Jak rozwijała się technologia akumulatorów

Pierwsze komercyjne baterie litowo-jonowe trafiły na rynek w 1991 roku, ale ich cena i pojemność ograniczały ich zastosowanie wyłącznie w elektronice użytkowej. Szybko się to jednak zmieniło, gdy ich cena gwałtownie spadła, dzięki czemu stały się one realnym rozwiązaniem dla samochodów osobowych, a następnie samochodów ciężarowych. Od 2010 r. koszt spadł z 1400 USD za kilowatogodzinę do 140 USD za kilowatogodzinę w 2023 r. – co stanowi redukcję o 90%.

 

Przełomowym momentem było wynalezienie w 1980 roku akumulatorów LCO (litowo-kobaltowo-tlenkowych) i rewolucyjna zasada wykorzystania litu jako materiału katodowego. Spowodowało to natychmiastowe podwojenie gęstości energii w istniejących bateriach. Od tego czasu udoskonalano różne rodzaje składu chemicznego akumulatorów, co doprowadziło do udoskonalenia pojemności energetycznej, żywotności, bezpieczeństwa i wydajności.

 

W 2001 roku opracowano akumulatory NMC (niklowo-manganowo-kobaltowe), które szybko stały się popularne w branży motoryzacyjnej ze względu na ich zdolność do oferowania znacznie wyższej gęstości energii i dobrej stabilności termicznej. Obecnie jednak baterie LFP (litowo-żelazowo-fosforanowe) zaczynają dominować w branży. Ich gęstość energii jest niższa niż w akumulatorach NMC, ale są bezpieczniejsze, mają dłuższy okres eksploatacji, są tańsze i w mniejszym stopniu wpływają na środowisko. 

Jakie nowe technologie akumulatorowe zobaczymy w nadchodzących latach?

Obecnie opracowywanych jest wiele nowych technologii: Jeśli chodzi o zwiększenie gęstości energii, duże nadzieje pokłada się w bateriach ze stałym elektrolitem. Polega ona na zastąpieniu ciekłego elektrolitu materiałami stałymi, takimi jak ceramika lub stałe polimery, co pozwala na magazynowanie większej ilości energii w mniejszym i lżejszym akumulatorze. W przypadku ciężarówek elektrycznych oznaczałoby to większy zasięg. Jednakże w przypadku stosowania stałych elektrolitów, rezystywność akumulatora wzrasta w porównaniu do elektrolitu ciekłego. Obecnie występują wyzwania związane z prędkością ładowania i pogarszaniem się wydajności w miarę upływu czasu. Technologia ta oferuje jednak duży potencjał w zakresie redukcji ograniczeń akumulatorów litowo-jonowych i jest ciągle rozwijana. Na przykład Toyota planuje rozpoczęcie komercyjnej produkcji pojazdów elektrycznych z akumulatorami ze stałym elektrolitem do 2027 r.

 

Kolejnym trendem przyczyniającym się do rozwoju akumulatorów jest zapotrzebowanie na tańsze i bardziej zrównoważone rozwiązania. W tym przypadku baterie sodowo-jonowe są obiecującą opcją. Obecnie ich gęstość energii jest o połowę mniejsza od gęstości energii akumulatorów litowo-jonowych, ale jednocześnie są o połowę tańsze, więc ta technologia może znaleźć zastosowanie w przypadku mniejszego zapotrzebowania na energię. Ponieważ zawierają sód, należący do najtańszych i najłatwiej dostępnych materiałów na świecie, także ich wpływ na środowisko jest znacznie mniejszy niż akumulatorów litowo-jonowych. 

Akumulatory stanowią podstawę elektromobilności, a każde udoskonalenie — niezależnie od tego, czy chodzi o wydajność, cenę czy niezawodność — przyspiesza przejście na transport elektryczny.

Jakie technologie akumulatorów będą stosowane w elektrycznych samochodach ciężarowych?

Najważniejszym wyzwaniem jest obniżenie kosztów elektrycznych samochodów ciężarowych, a opracowanie tańszych akumulatorów będzie w tym względzie bardzo pomocne. Ale wymagania właścicieli ciężarówek również różnią się w zależności od zastosowania. Jeśli chodzi o samochody ciężarowe do transportu dalekobieżnego, naszym celem jest osiągnięcie takiej samej elastyczności działania, jaką oferuje samochód ciężarowy z silnikiem Diesla. Już wkrótce dostępne będą elektryczne samochody ciężarowe o zasięgu do 600 km. Ale jeśli musisz przejechać dłuższe dystanse, często musisz się zatrzymać i doładować w ciągu dnia, a to może potrwać nawet kilka godzin.

 

Myślę, że zobaczymy pewną dywersyfikację w branży, przy czym w zależności od zadania transportowego będą stosowane różne technologie akumulatorowe. Być może zobaczymy akumulatory sodowo-jonowe coraz częściej stosowane w krótszych zadaniach, gdzie zapotrzebowanie na energię jest stosunkowo niskie, np. w transporcie miejskim. Później akumulatory ze stałym elektrolitem pojawią się w elektrycznych samochodach ciężarowych do jazdy dalekobieżnej, jeśli w przyszłości również nastąpi przełom technologiczny. 

 

W każdym razie trwają intensywne prace badawczo-rozwojowe nad tymi technologiami. Na całym świecie wiele podmiotów, w tym firmy technologiczne, wytwórcy przemysłowi i instytucje publiczne, inwestuje w rozwój i doskonalenie technologii akumulatorów. Raczej nie będziemy w przyszłości świadkami wielkiego kroku naprzód — takiego jak stworzenie pierwszego akumulatora litowo-kobaltowo-cynkowego — ale będziemy obserwować ciągły rozwój i ulepszanie technologii.

 

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat akumulatorów do elektrycznych samochodów ciężarowych, może Cię zainteresować artykuł 7 popularnych mitów na temat akumulatorów do elektrycznych samochodów ciężarowych. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o możliwościach ponownego wykorzystania starych akumulatorów, aby zmniejszyć ich wpływ na środowisko, możesz przeczytać Drugie życie akumulatorów elektrycznych samochodów ciężarowych

Related Insights

W ostatnich dziesięcioleciach opracowano i udoskonalono wiele różnych rodzajów chemii akumulatorów, z których każdy ma swoje unikalne mocne i słabe strony. Optymalny akumulator dla danego pojazdu zależy od jego potrzeb i warunków eksploatacji. Oto sześć głównych obecnie stosowanych substancji chemicznych:

 

Tlenek litu i kobaltu (LCO)

Przełomowe odkrycie angielskiego chemika Johna B. Goodenougha, które położyło podwaliny pod przyszły rozwój akumulatorów litowo-jonowych. Jednak ich stosunkowo krótka żywotność i niska stabilność termiczna ograniczyły ich zastosowanie do elektroniki osobistej. Wysoka zawartość kobaltu zwiększa również koszty i negatywny wpływ na środowisko.

Pojemność energetyczna: 150-200 Wh/kg

Żywotność: 500–1000 cykli

Niestabilność cieplna (temperatura, w której ogniwa akumulatora osiągają niekontrolowany stan samonagrzewania, co powoduje, że stają się niebezpieczne): 150°C

 

Fosforan litowo-żelazowy (LFP)

Akumulatory LFP, opracowane w 1996 roku, cechuje wyższy poziom bezpieczeństwa i stabilności termicznej w porównaniu z akumulatorami LCO, a także dłuższy cykl życia. Są również tańsze w produkcji i lepsze dla środowiska, ponieważ nie zawierają kobaltu. Chociaż ich pojemność energetyczna jest stosunkowo niska w porównaniu z innymi materiałami chemicznymi, są one coraz częściej stosowane w pojazdach elektrycznych.

Pojemność energetyczna: 90-120 Wh/kg

Żywotność: +2000

Niestabilność cieplna: 270°C

 

Tlenek litu i manganu (LMO)

Akumulatory LMO, po raz pierwszy wprowadzone na rynek w 1996 roku, oferują dobrą stabilność termiczną i bezpieczeństwo, a także są tańsze w produkcji i mają mniejszy wpływ na środowisko w porównaniu z rozwiązaniami opartymi na kobalcie. Oferują one wysoki współczynnik rozładowania, ale stosunkowo niską gęstość energii i krótki cykl życia. Dzięki temu nadają się do samochodów elektrycznych, samochodów hybrydowych i rowerów elektrycznych.

Pojemność energetyczna: 100-150 Wh/kg

Żywotność: 300-700

Niestabilność cieplna: 250°C

 

Tlenek litowo-niklowo-manganowo-kobaltowy (NMC)

Opracowane w 2001 roku akumulatory NMC zapewniają dobrą równowagę między gęstością energii a bezpieczeństwem, dzięki czemu są obecnie najpopularniejszymi akumulatorami stosowanymi w branży pojazdów elektrycznych. Wysoka gęstość energii oznacza większy zasięg i sprawia, że są one najbardziej odpowiednią opcją dla samochodów ciężarowych o dużej ładowności. Jednak ze względu na wysokie koszty produkcji i negatywny wpływ na środowisko producenci samochodów coraz częściej stosują tańsze akumulatory LFP, mimo że charakteryzują się one niższą gęstością energii.

Pojemność energetyczna: 150-220 Wh/kg

Żywotność: 1000-2000

Niestabilność cieplna: 210°C

 

Tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-glinowy (NCA)

Akumulatory NCA charakteryzują się dużą gęstością energii, długim cyklem życia i doskonałymi możliwościami szybkiego ładowania. Wiąże się to jednak z wyższym ryzykiem niestabilności cieplnej, szczególnie w wysokich temperaturach lub w przypadku przeładowania. Są one stosowane w niektórych pojazdach elektrycznych o dużej mocy, ale ich stosowanie jest ograniczone ze względu na względy bezpieczeństwa.

Pojemność energetyczna: 200-260 Wh/kg

Żywotność: 500

Niestabilność cieplna: 150°C

 

Tytanian litu (LTO)

Akumulatory LTO charakteryzują się jedną z najbezpieczniejszych technologii litowo-jonowych na rynku i doskonałą stabilnością termiczną. Charakteryzują się one możliwością szybkiego ładowania i długą żywotnością. To sprawia, że są one korzystne dla pojazdów elektrycznych, które wymagają krótkiego i częstego ładowania, takich jak pojazdy transportu publicznego. Mają jednak niską pojemność energetyczną i są drogie w produkcji.

Pojemność energetyczna: 50-80 Wh/kg

Żywotność: 3000-7000

Niestabilność cieplna: 280°C
 

Źródła: Battery University, Elements, Dragonfly, Flash Battery  

Powiązane artykuły