Stworzenie lekkich i trwałych akumulatorów do pojazdów elektrycznych
Pojazdy elektryczne o napędzie akumulatorowym (BEV) i pojazdy hybrydowe typu plug-in (PHEV) coraz częściej można spotkać na europejskich drogach. Konsumenci dostrzegają zalety pojazdów elektrycznych, w tym ograniczoną emisję gazów cieplarnianych, cichsze silniki i mniejszą zależność od paliw kopalnych. Sektor ten wciąż jednak napotyka na poważne bariery, zwłaszcza pod względem kosztów akumulatorów, autonomii, czasu ładowania i ekologii.
Szybsze ładowanie baterii, lepsza wydajność
Celem finansowanego ze środków UE projektu MARBEL(odnośnik otworzy się w nowym oknie) było stawienie czoła tym wyzwaniom poprzez zaprojektowanie i przetestowanie lekkich, zrównoważonych, wysokowydajnych akumulatorów nowej generacji, przyjaznych dla środowiska i zaprojektowanych z myślą o obiegu zamkniętym. „Zmniejszenie masy akumulatora i optymalizacja gęstości energii oznacza mniejsze zapotrzebowanie na energię, a to oznacza, że można przejechać więcej kilometrów” — wyjaśnia Eduard Piqueras, koordynator projektu MARBEL z Centrum Technologicznego Eurecat(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Hiszpanii. „Przyjrzeliśmy się również zwiększeniu wydajności systemu akumulatorów poprzez utrzymywanie temperatur na optymalnych poziomach w celu zminimalizowania ich degradacji. Umożliwia to szybsze ładowanie baterii i wydłuża jej żywotność”.
Uwzględnienie obiegu zamkniętego w projektowaniu akumulatorów
Koncepcja obiegu zamkniętego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stanowiła nieodłączny element prac od najwcześniejszych etapów rozwoju baterii. Zespół MARBEL przyjął modułową filozofię projektowania, która umożliwia naprawę, demontaż i ponownego użycie, czyli kluczowe elementy zestawu akumulatorów zgodnego z obiegiem zamkniętym. Zawartość materiałów pochodzących z recyklingu była traktowana priorytetowo wszędzie tam, gdzie było to technicznie wykonalne, na przykład w przypadku obudowy akumulatora, którą wytworzono w 60% z aluminium pochodzącego z recyklingu, natomiast wysiłki projektowe koncentrowały się na potencjale powtórnego wykorzystania wielu komponentów.
Inteligentny system zarządzania baterią
Skonstruowano system zarządzania baterią (BMS), który działa jak jej „mózg”. System BMS obejmuje komunikację bezprzewodową i inteligentne monitorowanie energii w czasie rzeczywistym, przy czym każde ogniwo akumulatora może komunikować się bezpośrednio z systemem BMS przez Bluetooth. Mniej przewodów to również niższe koszty, mniejsza masa i mniejsza złożoność. Na potrzeby oceny wydajności prototypów baterii MARBEL zbudowano elastyczne stanowisko do testowania baterii. Stworzone stanowisko testowe było w stanie komunikować się zdalnie ze stanowiskiem testowym silnika, co oznaczało, że można było przeprowadzać testy między laboratoriami na odległość. Sztuczna inteligencja została również wykorzystana do przetwarzania danych. Na podstawie prototypowych akumulatorów MARBEL udało się zademonstrować postęp w rozwiązywaniu dwóch kluczowych problemów konsumentów: ograniczonej autonomii pojazdu i długiego czasu ładowania. Podjęto również ważne kroki w dziedzinie kosztów ogólnych i złożoności konserwacji, cały czas uwzględniając zasady zrównoważonego rozwoju w całym cyklu życia.
Zachęcanie do zastosowań obejmujących powtórne wykorzystanie
Projekt MARBEL zajmował się także zarządzaniem końca życia oraz powtórnym wykorzystaniem. Wdrożono strategie odzyskiwania krytycznych materiałów wysokiej czystości, takich jak lit, nikiel, mangan, kobalt i grafit z ogniw wycofanych z eksploatacji. Takie podejście ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia zgodności z europejskim rozporządzeniem w sprawie baterii(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zespół projektu MARBEL zademonstrował również, w jaki sposób powtórne wykorzystanie może zwiększyć użyteczność baterii, a badania wykonalności koncentrowały się na motocyklach elektrycznych. Modułowa architektura ułatwiała demontaż i rekonfigurację, umożliwiając łatwą integrację z alternatywnymi rozwiązaniami w zakresie mobilności. Takie podejście zwiększa efektywność wykorzystania zasobów i wydłuża żywotność komponentów, zmniejszając wpływ na środowisko w całym łańcuchu wartości akumulatorów. „Naszym celem od samego początku było wspieranie przyjęcia pojazdów elektrycznych poprzez akumulatory, które są nie tylko wydajne, ale także bardziej ekologiczne i wpasowujące się w logikę obiegu zamkniętego” — podsumowuje Piqueras. „Tak muszą wyglądać przyszłe zestawy akumulatorów: inteligentne, wydajne i zrównoważone już na etapie projektowania”. W sumie zidentyfikowano około 20 nadających się do wykorzystania wyników, które zostaną teraz zbadane w ramach przyszłych projektów i współpracy z klastrem COLLABAT(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Know-how wygenerowane w ramach projektu MARBEL stanowi podstawę dla nowych rozwiązań w zakresie bardziej zrównoważonych i cyrkularnych akumulatorów.