Można powiedzieć, że Polacy dokonali niemożliwego – być może dzięki nim zakończy się lament, że produkcja baterii do aut elektrycznych przynosi więcej szkód niż pożytku. Nasi rodacy opracowali technologię, dzięki której tworzenie akumulatorów będzie bezpieczniejsze i bardziej ekologiczne, a do tego pozwoli uniezależnić się od zagranicznych dostawców drogich i szkodliwych dla środowiska metali.
Spis treści
Polacy zrewolucjonizują rynek akumulatorów do aut elektrycznych?
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego stworzyli technologie, które spełniają wymogi zielonej chemii i być może sprawią, że już niedługo na rynku akumulatorów, w tym również tych przeznaczonych do pojazdów z napędem elektrycznym, pojawią się produkty w pełni bezpieczne i ekologiczne.
Celem zespołu Technologii Materiałów i Nanomateriałów Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego jest opracowanie alternatywnej metody produkcji akumulatorów, które pozwoliłyby wyeliminować rzadkie, szkodliwe i drogie metale. Co więcej, grupie działającej pod kierownictwem prof. Marcina Molendy, już się to udało.
Dziś 65 proc. kosztów baterii litowo-jonowych stanowią drogie i trudnodostępne surowce takie jak kobalt i nikiel. Opracowane przez nas rozwiązania pozwalają m.in. zrezygnować z pierwszego surowca i ograniczyć stosowanie drugiego.
W efekcie produkcja ogniw będzie odpowiednio tańsza i bardziej ekologiczna. Materiały wykorzystywane w naszej technologii (np. skrobia ziemniaczana) mamy właściwie na wyciągnięcie ręki. Dlatego producenci nie będą musieli tracić energii na zabezpieczenie łańcucha dostaw, co obecnie pochłania ogromne nakłady finansowe i czasowe. Także ładowanie w 15 minut do 80 proc. jest jak najbardziej możliwe
– informuje prof. Marcin Molenda.
Dokonania naukowców z Uniwersytetu Jagielońskiego
Koniec z używaniem grafitu
Po pierwsze, grafit udało się zastąpić materiałem o nazwie carbogel, który nie dość, że nie powoduje spadku wydajności baterii, to jeszcze metoda jej produkcji pozwala na obniżenie śladu węglowego. Carbogel to materiał anodowy, do którego produkcji wykorzystywane są łatwo dostępne i odnawialne źródła, czyli skrobia ekstrahowana np. z ryżu, ziemniaków czy kukurydzy.
Opracowany carbogel jest odpowiedni do produkcji zielonych ogniw litowo-jonowych o obniżonym śladzie węglowym. Ogromną korzyścią jest przy tym swobodny dostęp do surowca i całkowite uniezależnienie się od zagranicznych dostawców grafitu. CAG wykazuje porównywalną gęstość energii w porównaniu do akumulatorów z naturalnym grafitem, a dodatkowo ma tę przewagę, że pozwala na uzyskanie wyższej mocy
– tłumaczy prof. Molenda.
Ekologiczna technologia LKMNO
Oprócz tego naukowcy z Uniwersytetu Jagielońskiego opracowali technologię LKMNO, która pozwala wyprodukować wysokonapięciowe katody bez wykorzystania kobaltu. W procesie produkcji zmniejszono również ilości innych metali rzadkich: nikiel 5-krotnie, a lit 2-krotnie. Tego rodzaju katoda również jest wytwarzana w procesie zielonej chemii.
Koszt wytworzenia katody LKMNO jest dwukrotnie mniejszy w porównaniu z kosztami produkcji najnowocześniejszych katod klasy NMC, w których jest nikiel, mangan i kobalt. Dodatkową przewagą naszego rozwiązania jest to, iż użyty w akumulatorze lit, którego potrzeba dwukrotnie mniej niż w NMC, jest w pełni efektywny. We współczesnych bateriach litowo-jonowych lit, który jest dość kosztowny, pracuje w około 50 proc. To czyste marnotrawstwo. W modelu LKMNO jest on wykorzystany w 100%
– kontynuuje prof. Molenda.
Koniec z pożarami elektryków?
To nie koniec odkryć zespołu naukowców z Krakowa. Prof. Molenda opracował akumulatory nowej generacji, które eliminują ryzyko samozapłonu – Carbon Conductive Layer, w skrócie CCL. Jest to nanotechnologiczna metoda precyzyjnego pokrywania zawartych w magazynach energii materiałów aktywnych cienką powłoką węglową o grubości zaledwie kilku nanometrów. Taka precyzja pozwoli dokładnie ustalać parametry, takie jak czas rozładowania lub limity obciążeń. Najważniejsze jest jednak to, że dzięki temu, że nie trzeba dodawać już do nich materiału węglowego, a taki wynalazek pozwoli zniwelować ryzyko samozapłonu ogniw stosowanych w akumulatorach litowo-jonowych.
Materiał węglowy dodawany do akumulatorów ma na celu zapewnić odpowiednie przewodnictwo elektryczne. Dotychczas stosowane technologie nie pozwalają jednak w precyzyjny sposób rozmieszczać cząsteczek węglowych pomiędzy ziarnami materiałów aktywnych. W rezultacie do akumulatorów dodawane są znaczne ilości węgla, a im jest go więcej, tym mniejsze są możliwości zagęszczania w nich energii
Ponieważ akumulator podczas pracy podlega wahaniom temperatury, przy nierównomiernie rozmieszczonych cząsteczkach materiału węglowego wzrasta ryzyko uruchomienia nieodwracalnej reakcji samozapłonu akumulatora. Nasza powłoka CCL eliminuje takie ryzyko, ponieważ ziarna materiału aktywnego w akumulatorze są szczelnie pokryte, co skutecznie je od siebie oddziela
– dodaje prof. Molenda.
Teraz czas na produkcję
Jak zaznacza prof. Molenda, wynalazki zespołu z Krakowa pozwolą nie tylko na ekologiczne produkowanie akumulatorów i zapewnienie większego bezpieczeństwa, ale także na niższe koszty magazynowania energii.
Wynalazki opracowane przez Zespół Technologii Materiałów i Nanomateriałów Uniwersytetu Jagiellońskiego objęte są ochroną patentową. Następny krok to wprowadzenie innowacji do procesów produkcyjnych.
Źródło: Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ, fot. Depositphotos/MikeMareen
Część odnośników to linki afiliacyjne lub linki do ofert naszych partnerów. Po kliknięciu możesz zapoznać się z ceną i dostępnością wybranego przez nas produktu – nie ponosisz żadnych kosztów, a jednocześnie wspierasz niezależność zespołu redakcyjnego.