Technologia bateryjna używana w pojazdach BEV rozwija się niezwykle dynamicznie. Jak ten postęp wyglądał na przestrzeni ostatnich 10 lat?
Żeby odpowiedzieć na to pytanie, cofnijmy się trochę w czasie. Zasilanie bateryjne pojazdów ma już bardzo długą historię, ale niewiele osób ją zna. Zastanówmy się co spowodowało, że technologia ta uległa takiej popularyzacji. W 2012 r. mieliśmy zarówno Teslę Roadster, Nissana Leafa jak i wiele innych, mniejszych bądź większych projektów. Wamtechnik opracował w tamtym czasie zasilanie do pierwszego produkcyjnego motocykla elektrycznego KTM Freeride-E. Czemu zatem nie obserwowaliśmy wielkiego boomu? Nie było popytu na tego typu „egzotyczne” rozwiązania, a pojazdy były zdecydowanie droższe od tych zasilanych silnikami spalinowymi. Uważam, że rozwój technologii, a tak naprawdę ilość pojazdów zasilanych bateriami będzie postępował ze względu na uwarunkowania ekonomiczne jak i środowiskowe. Weźmy pod uwagę to, że na przestrzeni 10 lat koszt baterii zmniejszył się nawet o 80%. Pamiętam pierwsze konstrukcje, w procesie, których miałem okazję uczestniczyć – pojazd z baterią o pojemności 10kWh potrafił kosztować nawet 100 tysięcy złotych, co w ówczesnych czasach było astronomiczną kwotą.
Koncerny motoryzacyjne najczęściej korzystają dziś z baterii litowo-jonowych. Dlaczego?
Baterie litowo-jonowe są najbardziej efektywne i mają najwięcej zalet jeżeli chodzi o współczesne systemy zasilania. Po pierwsze są wysokowydajne i oferują nam bardzo dobrą żywotność kalendarzową, niejednokrotnie przekraczającą trwałość projektową pojazdu. Po drugie, oferują wysoką gęstość energii, która jest kluczowa aby wymiana napędu spalinowego na elektryczny była uzasadniona. Zarówno w pojazdach osobowych jak i przykładowo w autobusach, mamy ograniczenia co do wagi pojazdu. Dodajmy do tego bardzo dużą dostępność jak i bardzo wysoką niezawodność, a otrzymamy w pewnym sensie przepis na sukces. Oczywiście wszyscy producenci inwestują olbrzymie pieniądze aby nadal optymalizować baterie litowo-jonowe, głównie chcąc osiągnąć jeszcze większą gęstość energii czy żywotność.
Baterie litowo-jonowe to nie jedyne baterie dostępne na rynku. Jakie są inne technologie bateryjne, czym się różnią?
Jest kilka znanych nam technologii podstawowych i szereg technologii specjalistycznych. Jeżeli chodzi o te podstawowe, obecne w motoryzacji, wyróżniłbym dwie: kwasowo-ołowiową oraz niklowo-wodorkową. Akumulatory kwasowo ołowiowe nadal są najczęściej stosowane do rozruchu pojazdów i co może nie jest powszechnie znane, mogą być baterią rozruchową również w pojazdach elektrycznych. Technologia niklowo-wodorkowa z kolei, obecna jest w akumulatorach zasilających pojazdy hybrydowe czy też „zaszyta” jest w urządzeniach pokładowych pojazdów takich jak e-calle. Każda charakteryzuje się specyficznymi właściwościami i zazwyczaj wybierana jest ze względu na stosunek ceny do oferowanej skuteczności.
Czy różne technologie baterii oferują tą samą żywotność i zasięg?
Każda technologia ma inną gęstość wolumetryczną czy też wagową – to często definiuje nam wybór technologii zasilania do danego urządzenia czy pojazdu. Dobrym przykładem będzie wspomniany autobus, w którym mamy określoną powierzchnię jak i możliwe obciążenie. To z kolei zdefiniuje nam ile miejsca i kilogramów może zabierać bateria. Następnie będziemy musieli zastanowić się czy wolimy bardzo szybkie ładowanie, czy też duży zasięg. Bateria w technologii LTO będzie miała kilkukrotnie niższy zasięg niż ta sama gabarytowo bateria w technologii NMC. Czemu zatem decydujemy się na różne technologie w tych samych pojazdach ? Ponieważ powinniśmy projektować źródło zasilania jako odpowiedź na potrzeby finalnej aplikacji.
W którą stronę zmierza technologia bateryjna? Jest taki bateryjny święty graal, którego szukają inżynierowie?
Dziś najwięcej mówi się o optymalizacji kosztów i bezpieczeństwie. Nie mniej ważny temat to ochrona środowiska. Te punkty mają znaczący wpływ na rozwój technologii. Jeżeli chodzi o dwa pierwsze, naukowcy na całym świecie pracują nad optymalizacją li-ionów przez zmianę składu katody i anody czy też elektrolitu. Wiele mówi się dziś o tzw. Solid State czyli elektrolicie w stanie stałym, który znacząco zwiększy bezpieczeństwo baterii litowo-jonowych, jednakże na masową produkcję tych baterie musimy jeszcze poczekać kilka lat. W kwestii ochrony środowiska, to mówi się o produkcji baterii w obiegu zamkniętym, gdzie w procesie recyklingu odzyskiwać będziemy większość surowców użytych do ich produkcji. Święty graal… nie wiem czy jest on zdefiniowany i dla każdego będzie trochę inny.
Czy technologie używane w bateriach są technologiami bezpiecznymi? Pytam w kontekście pożarów aut elektrycznych, które zdarzają się sporadycznie, ale są dość spektakularne w sferze wizualnej.
To bardzo gorący temat w dzisiejszych czasach i wynika z niskiej świadomości społecznej. Przyjąłbym za generalną zasadę – tak baterie są bezpieczne. Każdy z nas używa chociażby telefonów komórkowych czy też laptopów, które zasilane są bateriami. Myślę, że mało kto widział czy też zastanawiał się jak zachowa się uszkodzona bateria w komórce czy też laptopie. Często spotykamy się z publikacją filmów w mediach społecznościowych, na których możemy zobaczyć płonącą hulajnogę czy samochód elektryczny. Taki film ma duże grono odbiorców, a tematyka jest po prostu elektryzująca, jak sam Pan powiedział w swojej formie jest spektakularna. Powinniśmy sobie jednak zadać pytanie dlaczego wystąpił pożar i jaki procent baterii ulega uszkodzeniu bez udziału osób trzecich. To tak naprawdę ilość liczona w promilach. Jeżeli weźmiemy pod uwagę olbrzymią ilość baterii na świecie, to w większości przypadków pożary zostały zainicjowane przez uszkodzenie wynikające z jakiegoś zewnętrznego czynnika jak uderzenie, nieautoryzowana naprawa czy uszkodzenie ładowarki.
Metali ziem rzadkich używanych w akumulatorach kiedyś zabraknie, podobnie jak ropy czy gazu. Co potem?
Tak jak wspomniałem, już teraz rozmawia się na temat budowy baterii w obiegu zamkniętym. To tylko kwestia czasu, już wyznaczone zostały kamienie milowe do osiągnięcia w Unii Europejskiej. Technologicznie jesteśmy dopiero na początku drogi i jest jeszcze wiele scenariuszy przed nami. Już dziś znamy rozwiązanie, w którym katodą jest powietrze.
Na świecie są miliardy konwencjonalnych akumulatorów. Baterii do elektryków również przybywa. Czy jest dla nich drugie życie? Jak wygląda kwestia ich utylizacji?
Temat drugiego życia baterii nie jest taki prosty. Dziś większość produkowanych pojazdów posiada baterię która powinna wystarczyć bądź przeżyć projektową długość życia pojazdu. Co później ? To bardzo mocno zależy od koncernów motoryzacyjnych, ponieważ mało kto będzie chciał wziąć na siebie odpowiedzialność za dalsze bezpieczeństwo baterii w innej aplikacji lub podzielić się informacją na temat zasady działania systemu. Uważam, że baterie w pojazdach będą eksploatowane do granic ich możliwości bądź do momentu wymiany ich przez użytkownika. W jednym i drugim przypadku spodziewam się, że taka bateria trafi następnie do recyklingu. Możliwe jest zastosowanie baterii jako backupowy magazyn energii jeżeli już na etapie projektowania zastanowimy się jak ją później wykorzystać. Wamtechnik zaprojektował rozwiązanie, w którym bateria z koparki mogłaby służyć jako przydomowy magazyn energii.
Na przestrzeni ostatnich 10-12 lat ceny baterii spadały. Jaka Pana zdaniem jest perspektywa cenowa na najbliższe lata tego w końcu jednego z najważniejszych (i najdroższego) komponentu samochodu elektrycznego?
Świat ostatnich lat mierzy się z wieloma nieprzewidywalnościami, które bezpośrednio wpłynęły na to, że krzywa spadkowa na chwilę odbiła się do góry tzn. ceny baterii wzrosły. Miało na to wpływ bardzo wiele czynników, a tylko kilka z nich to ceny surowców, łańcuch dostaw i koszty transportu lub też koszty energii. Dzisiejsze predykcje mówią o tym, że w perspektywie kilku lat cena baterii powinna nieznacznie spaść i jednocześnie ustabilizować się choć wszystko to może się w niewyobrażalny sposób zmienić poprzez znaczący wzrost postępu technologicznego.
Dziękuję za rozmowę,
Paweł Mazur
Wamtechnik sp. z o.o. to jeden z największych w Europie assemblerów bateryjnych, kreujący rynek elektromobilności, a co za tym idzie rynek bateryjny. Spółka specjalizuje się w zakresie produkcji baterii z ogniw litowych i litowo – jonowych. Firma prowadzi ponad 250 aktywnych projektów, które wymagają dużej precyzji wykonania, zapewnienia procesu produkcji o wysokiej powtarzalności i jakości oraz bezpieczeństwa produkcji. W tym roku Wamtechnik świętuje 30 lat obecności na rynku.
