Niedrogie akumulatory litowo-jonowe do pojazdów elektrycznych
Pojazdy elektryczne odgrywają ważną rolę w planach UE dotyczących ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń powietrza pochodzących z transportu drogowego. W celu osiągnięcia większej konkurencyjności konieczne jest drastyczne obniżenie kosztów produkcji akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych, a także cen za kilowatogodzinę energii. Naukowcy uczestniczący w finansowanym ze środków UE projekcie BATTERIES2020 (BATTERIES2020: Towards realistic European competitive automotive batteries) przedstawili trzy różne drogi do uzyskania zwiększonej wydajności i wydłużonej żywotności akumulatorów przy jednoczesnym ograniczeniu całkowitego kosztu ich posiadania. Zespól skupił się na opracowaniu wysoko wydajnych, wytrzymałych ogniw i niezawodnych narzędzi prognostycznych pozwalających przewidzieć żywotność akumulatora. Wzbogacił także obecną wiedzę z zakresu starzenia się i degradacji akumulatorów. Do produkcji katody wykorzystano udoskonalony materiał o strukturze opartej na tlenkach niklu, manganu i kobaltu, który stanowi wyważony kompromis między bezpieczeństwem, ceną i wydajnością. Ogniwa akumulatorów samochodowych wyprodukowane na bazie tego materiału osiągają gęstość energii rzędu 160 do 180 Wh/kg (początek cyklu życia) i są w stanie wykonać ponad 3000 cykli przy głębokości rozładowania (DOD) na poziomie 80%. Szczególną uwagę poświęcono również opracowaniu strategii rozwoju w oparciu o materiały, które mają duże szanse na komercjalizację. Dogłębne zrozumienie zjawiska starzenia się i mechanizmów degradacji może pomóc zidentyfikować krytyczne parametry, które wpływają na wydajność akumulatora w całym okresie jego eksploatacji. Wykorzystanie rezultatów przyspieszonych testów, rzeczywistych pomiarów, wyników analizy po zakończeniu cyklu życia oraz technik modelowania i weryfikacji pozwoliło badaczom na bardziej świadomy wybór materiału wykonania elektrod. Oprócz zastosowania materiałów o dużej gęstości energii, zespół dokonał modyfikacji dodatków, komponentów i granic faz, które zdaniem uczonych przyczyniały się do degradacji akumulatora. Aby ceny pojazdów elektrycznych były konkurencyjne względem pojazdów konwencjonalnych, konieczne jest obniżenie kosztów produkcji akumulatorów o co najmniej 50%. Badacze wskazali obiecującą strategię, która może zredukować całkowity koszt posiadania, zapewniając akumulatorom drugie życie – w szczególności w dziedzinie odnawialnych źródeł energii. Celem inicjatywy BATTERIES2020 było wsparcie procesu upowszechniania pojazdów elektrycznych w Europie poprzez rozwiązanie kluczowych problemów związanych z akumulatorami litowo-jonowymi, a mianowicie ich wysokiej ceny. Rezultaty projektu przyczynią się do upowszechnienia samochodów z napędem elektrycznym w miastach dzięki wprowadzeniu pojemnych akumulatorów o dużej mocy i wydłużonej żywotności. Powinny one także ułatwić transformację w kierunku europejskiej gospodarki niskoemisyjnej.
