Rewolucja w bateriach pojazdów elektrycznych.

Baterie półprzewodnikowe są o krok bliżej do stania się źródłem energii nowej generacji. 

Całkowicie półprzewodnikowe baterie litowe stały się nowym szaleństwem w materiałoznawstwie i inżynierii materiałowej, ponieważ konwencjonalne baterie litowo-jonowe nie mogą już spełniać oczekiwań zaawansowanych zastosowań, takich jak pojazdy elektryczne, które wymagają dużej gęstości energii, szybkiego ładowania i długiego cyklu życia. 

W bateriach litowo-jonowych mieszanina płynnego elektrolitu jest rozdzielana przez separator. Akumulatory półprzewodnikowe natomiast wykorzystują elektrolit stały zamiast elektrolitu płynnego. Ta zmiana w budowie baterii powoduje stosunkowo bezpieczniejsze i wygodniejsze ładowanie w dużo krótszym czasie. 

Wykorzystanie baterii ze stałym elektrolitem wiązało się z dużą rezystencją, jaka pojawiała się na granicy między elektrodą dodatnią (katodą), a elektrolitem stałym. Dopiero w opublikowanym badaniu w ACS Applied Materials & Interfaces, zespół badawczy kierowany przez prof. Shigeru Kobayashi z Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) w Japonii¹, rozwiązał ten problem. Opracowany został system przywracania niskiej rezystencji powierzchni styku, a także został odkryty mechanizm leżący u podstaw tej redukcji. Jest to bardzo cenna informacja, ponieważ przybliża ona do stworzenia wysokowydajnych, całkowicie półprzewodnikowych akumulatorów.  

Dzięki odkryciu, Toyota od 2021 roku² prowadzi zaawansowane badania nad bateriami półprzewodnikowymi, przeznaczonymi dla samochodów elektrycznych. Nowa technologia, opracowana przez firmę, ma spowodować, że w porównaniu z obecnie stosowanymi bateriami litowo-jonowymi, baterie półprzewodnikowe będą charakteryzować się nawet sześciokrotnie szybszym czasem ładowania.  Sprawność akumulatorów półprzewodnikowych będzie zachowana nawet do 30 lat na poziomie 90% początkowej pojemności. 

Jest to zapowiedź kolejnego kroku w rozwoju elektromobilności. Zgodnie z informacjami publikowanymi przez koncern Toyota, na akumulatory półprzewodnikowe poczekamy przynajmniej do 2025 roku.  

Możemy ocenić, że rozwój baterii półprzewodnikowych: 

• zmniejszy “range anxiaty” czyli strach przed brakiem zasięgu,

• przyspieszy ładowanie samochodów co przełoży się na komfort podróży,

• sprawi, że auta będą tańsze i dostępne szeroko w ofertach leasingu,

• wzmocni aktualne inwestycje w infrastrukturę ładowania aut elektrycznych.

Ale czy to ostatni krok rewolucji w bateriach?  

Otóż nie. W styczniu 2022 roku Naukowcy z Institute of Photonics and Nanotechnologies of the Cnr, Uniwersytetu w Adelajdzie (Australii) oraz Politechniki w Mediolanie (Włochy), stworzyli koncepcję tzw. baterii kwantowej, która zgodnie z prawami fizyki kwantowej ma czas ładowania odwrotnie proporcjonalny do ilości zmagazynowanej energii. Czyli im większa jest bateria, tym szybciej się naładuje.  

Zatem, możemy być pewni, że kolejne lata przyniosą bardzo ciekawe rozwiązania w temacie baterii do użytku w pojazdach elektrycznych i urządzeniach elektronicznych. 

Sky is the limit! 

¹Kobayashi et al (2021), ACS Applied Materials & Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.1c17945; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c17945
²Toyota: SOLID STATE BATTERIES; https://www.toyota.ie/world-of-toyota/articles-news-events/2021/solid-state-batteries.json