Akumulator akumulatorowi nierówny – rodzaje baterii w samochodach elektrycznych

• Najpopularniejszym typem baterii jest akumulator litowo-jonowy o katodzie niklowo-manganowo-kobaltowej (NMC).
• Rodzaj baterii wpływa na jej pojemność i szybkość ładowania.
• Wchodzące na rynek rozwiązania mogą rozwiązać część problemów z obecnymi bateriami, chociaż same mają wady.

Od rodzaju akumulatora w aucie elektrycznym zależy między innymi, jak szybko można naładować samochód, pojemność baterii i szybkość spadku tej pojemności w trakcie eksploatacji, a zasięg pojazdu i możliwość szybkiego ładowania w niskich, ujemnych temperaturach. Powszechnie wykorzystywane baterie litowo-jonowe dzielą się na wiele podkategorii ze względu na materiał, z którego zbudowana jest katoda. Trzy najpopularniejsze rozwiązania to akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, niklowo-manganowo-kobaltowe i niklowo-kobaltowo-aluminiowe. 

Akumulatory w komercyjnym zastosowaniu

W 2022 roku najpopularniejszym typem baterii dla samochodów elektrycznych na świecie były akumulatory niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC). Aż 60% samochodów korzystało z tej technologii. Na drugim miejscu, z udziałem około 30%, były baterie litowo-żelazowo fosforanowe (LFP). 8% akumulatorów stanowiło rozwiązanie niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA).

Za duży udział LFP odpowiadają Chiny. Tamtejsi producenci szczególnie upodobali sobie ten rodzaj akumulatora, zwłaszcza firma BYD, która produkuje połowę baterii tego typu w Chinach. Inne firmy też zwiększają udział LFP w swoich produktach, jak Tesla, która w roku 2022 wykorzystywała LFP w 30% swoich aut (w 2021 było to 20%).

Baterie typu LFP mają tę zaletę, że w porównaniu do pozostałych rodzajów, wolniej się degradują. Spadek pojemności baterii do 80% następuje po 3000-5000 cykli ładowania, podczas gdy akumulatorom NMC zajmuje to 1000-2500 cykli, a NCA 500-1500. LFP ma jednak niższą gęstość energii, czyli w takiej samej masie potrafi zmagazynować mniej energii niż pozostałe dwa typy. Gęstość energii LFP to około 150-200 Wh/kg, NMC 150-250 Wh/kg, a NCA 200-300 Wh/kg. Najpopularniejszy rodzaj (NMC) nie wybija się więc ani trwałością, ani gęstością energii, ale w optymalny sposób łączy te dwie właściwości. 

LFP najsłabiej radzi też sobie z niskimi temperaturami. Mrozy mogą spowodować spadek pojemności każdego typu akumulatorów litowo-jonowych, a więc też zasięgu samochodu. Jednak LFP radzi sobie zimą najgorzej i wymaga ogrzewania.

Ten temat poruszamy w odcinku na kanale GLOBENERGII:

Inne rozwiązania i innowacje

Gęstość energii można podwyższyć na przykład przez zmianę w materiałach, z których zbudowane są anody. Zamiana części powszechnie wykorzystywanego w tym celu grafitu na krzem wpływa na zmniejszenie masy baterii, a więc na wzrost gęstości energii. Krzem wykorzystuje się w około 30% baterii. 

Ciekawą alternatywą jest również bateria sodowo-jonowa, czyli jedyne dostępne obecnie rozwiązanie pracujące bez litu. Takie rozwiązanie mogłoby się sprawdzić niestety raczej tylko w autach miejskich, które nie przebywają często dużych odległości na raz. Baterie sodowo-jonowe mają mniejszą gęstość energii (75-160 Wh/kg) niż litowo-jonowe, akumulatory mają więc stosunkowo mniejszą pojemność. Są jednak nawet o 30% tańsze w produkcji. Obecnie ten typ baterii wytwarza się głównie w Chinach, gdzie wydajność produkcji to około 100 GWh (1 500 GWh dla litowo-jonowych).

Obiecujące wydają się również akumulatory ze stałym elektrolitem. Mogłyby zapewnić bardzo szybkie ładowanie dużymi prądami, wolniejszą degradację, większą pojemność i podwyższone bezpieczeństwo pożarowe. Taka technologia nie została jeszcze opracowana, a duże firmy samochodowe, chociaż pracują nad nią już od wielu lat, nadal muszą opóźniać komercyjne zastosowanie, z uwagi na występujące problemy. Na samochody elektryczne o dużym zasięgu i błyskawicznym ładowaniu, które mogłyby zadowolić nawet sceptyczne wobec elektromobilności osoby, trzeba będzie jeszcze poczekać. 

Źródło: IEA