Na fali rozwoju elektromobilności […] w Nowym Jorku komunikację publiczną oparto na elektrobusach. Podobnie […] w Londynie”. Nie, to nie współczesny opis sytuacji transportu zbiorowego w tychże miastach. To cytat z książki „Ropa. Krew Cywilizacji”, gdzie autor odwołuje się do roku – uwaga! – 1897. Andrzej Krajewski pisze dalej, „Gdyby na przełomie XIX i XX wieku przyjmowano zakłady, jaki rodzaj napędu ma przed sobą przyszłość, wcale nie wygrałby silnik benzynowy”.
Jednak zbieg pewnych okoliczności, a przede wszystkim fakt, że produkty rafinacji ropy naftowej stały się najefektywniejszym paliwem, sprawiły, że to silniki spalinowe wygrały batalię o dominację rynku motoryzacyjnego. Za przegraną winić można baterie – ciężkie, szybko wyładowujące się i podatne na uszkodzenia. Mimo, że od tego czasu minęło ponad sto lat, to wyzwania związane z akumulatorami pozostają podobne.
Akumulatory litowo-jonowe vs. półprzewodnikowe
„Baterie litowo-jonowe zrewolucjonizowały nasze życie i są używane we wszystkim, od telefonów komórkowych po laptopy i pojazdy elektryczne” – skomentował przed czterema laty Komitet Noblowski przy informacji o nagrodzie z dziedziny chemii. Baterii tych używa prawie każdy, na przykład ty, drogi czytelniku, trzymający w ręku albo mający przed sobą te baterie w swoim urządzeniu.
Oczywista oczywistość – bateria to urządzenie służące do magazynowania energii elektrycznej i przystosowane do oddawania tej energii w bezpieczny sposób. Jak działa? Bez wdawania się w szczegóły można powiedzieć, że bateria składa się z dwóch elektrod – katody i anody, oddzielonych elektrolitem, czyli materiałem chemicznym, przez który przepływa strumień naładowanych elektrycznie atomów. Podczas procesu rozładowywania, jony litu przemieszczają się z anody do katody przez elektrolit, uwalniając energię elektryczną. W trakcie ładowania ogniwa ładunki przepływają w przeciwnym kierunku. To co wyróżnia tego typu baterie od wcześniejszych wersji to to, że jony są interkalowane, czyli wprowadzane do struktury krystalicznej, ale wiązanie ich jest słabe i odwracalne, w elektrodach.
Czym są natomiast opisywane w tym tekście baterie półprzewodnikowe? Działają niemal identycznie jak opisano powyżej. Jednak różnią się od ogniw litowo-jonowych tym, że elektrolit jest stały, a nie płynny. Elektrolit może mieć postać na przykład ceramiki, szkła, siarczków lub stałych polimerów.
Toyota – lider w opracowywaniu tej technologii – zdaje się stawiać na siarczki, bo jak powiedział szef japońskiej firmy petrochemicznej Idemitsu, z którą samochodowy gigant nawiązał ostatnio współpracę: „jesteśmy przekonani, że elektrolity stałe na bazie siarczków są najbardziej obiecującym rozwiązaniem problemów związanych z akumulatorami pojazdów elektrycznych, takich jak zasięg i czas ładowania”.
Jednym z ważniejszych zastosowań baterii jest ich użycie w produkcji nowych samochodów. Co widać gołym okiem, rynek automotive się zmienia, a samochody elektryczne od kilkunastu lat coraz bardziej zaznaczają swoją obecność na światowym rynku. Szczególnie w ostatnich 3 latach elektryki (BEV – pełen elektryk i PHEV – hybryda typu plung-in) sprzedają się coraz lepiej. Jak informuje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (ang. IEA -International Energy Agency), w 2020 r. sprzedano 3 miliony pojazdów elektrycznych (samochody osobowe różnej wielkości, w tym pojazdy typu SUV i lekkie ciężarówki). Rok później było to już 6,5 mln, a w 2022 r. – 10,3 mln. Ten rok również zakończył się prawdopodobnie wielkim wzrostem na poziomie ok. 35 proc. – przewidywania wskazywały na 14 mln sprzedanych aut elektrycznych. To przekłada się na ok. 18 proc. udział w rynku wszystkich nowych samochodów.
Elekromobilność prze do przodu szybciej w Europie niż w wielu innych regionach. W pierwszych 10 miesiącach ubiegłego roku 14 proc. rejestracji dotyczyło pełnych elektryków, a z silnikami PHEV udział ten wzrósł do 21,6 proc. Prawie 36 proc. nowych aut to te zasilane silnikiem benzynowym, a co czwarte to silniki hybrydowe HEV (ang. hybrid electric vehicle), których jednak nie można ładować z zewnętrznego źródła energii elektrycznej, w związku z czym często w nomenklaturze branżowej nie zalicza ich się do elektryków. Co ciekawe „czyste” auta elektryczne, BEV, prześcignęły już w sprzedaży silniki diesla (13,9 proc.).
Tekst przygotował FXMAG
