Firma CATL ogłosiła właśnie seryjną produkcję pierwszego akumulatora sodowo-jonowego na 2023 rok – ekstremalne korzyści cenowe !
Akumulatory litowo-jonowe są obecnie stosowane w samochodach elektrycznych.
Są tu różne kompozycje. Ze względu na drogie materiały miedzi, kobaltu i manganu producenci baterii starają się znaleźć zamienniki.
Mercedes zaprezentował właśnie w Vision EQXX anodę o zwiększonej zawartości krzemu , która w sumie ma wtedy gęstość energii 400 Wh na litr. Dzięki temu otrzymujesz akumulator o pojemności 100 kWh o około 50% mniejszej objętości i 30% mniejszej wadze.
Jednak badania nad bateriami przebiegają na wiele sposobów.
Na przykład CATL dostarcza tzw. akumulatory LFP (LiFePo) w modelu Tesla. Są one również stosowane w niektórych wariantach hybrydowych plug-in marki Mercedes-Benz.
Na przykład komórki CATL LFP nie zawierają już żadnej zawartości kobaltu. Dzięki temu są bardziej zrównoważone i tańsze.
W porównaniu do konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych, ogniwa LFP mają więcej cykli ładowania (do 10 000, w zależności od wielkości akumulatora, do 7 mln km). Jest to wyraźna przewaga nad dobrze znanymi ogniwami litowymi z 1000 do 3000 cykli.
Dodatkowo komórki LFP są zabezpieczone przed niekontrolowanym przejściem (pożarem).
Jednak wadą ogniw LFP jest to, że mają niższą gęstość energii, a zatem wymagają większej objętości i większej wagi. Ponadto akumulatory LFP nie lubią zimna.
Ponieważ ogniwa LFP mają 96 cm długości, 12 cm szerokości i 1,4 cm grubości. Oznacza to, że pojedyncze ogniwo jest znacznie większe niż konwencjonalne ogniwa litowo-jonowe kobaltowo-manganowe (ogniwo pryzmatyczne, okrągłe lub kieszonkowe). Oznacza to, że w akumulatorze montuje się mniej kaset LFP przy użyciu metody „cell-to-pack”. Ze względu na niższy opór wewnętrzny w ogniwach LFP, wymagane jest mniejsze chłodzenie akumulatora. W ten sposób rekompensuje się wadę gęstości energii w całym akumulatorze. Konwencjonalna bateria najpierw składa ogniwa baterii w moduły, a następnie moduły są składane i łączone w obudowie baterii w celu utworzenia baterii. Ponieważ moduły nie są używane z kasetami LFP, możesz zaoszczędzić dużo wagi i pieniędzy.
Akumulatory LFP były ostatnio dostępne za nieco mniej niż 100 USD za kWh. To był ważny kamień milowy.
Mercedes chce zastosować takie ogniwa LFP w platformie MMA od 2024 roku.
Następnym krokiem przed baterią półprzewodnikową powinna być bateria sodowo-jonowa
CATL chce teraz rozpocząć seryjną produkcję akumulatora sodowo-jonowego od 2023 roku.
Może być wykonany na tych samych liniach produkcyjnych. Podczas gdy aktualna bateria 100 kWh (waga około 700 kg brutto) zawiera tylko 7 kg litu, sód wymaga nieco ponad 3 razy więcej (25 kg). Ale to nie ma znaczenia w ogólnym kontekście. Ponadto sód można bardzo łatwo wyekstrahować z soli kuchennej w temperaturze 580 stopni.
W tej chwili gęstość energii na poziomie 160 Wh/kg jest nieco niższa niż w przypadku ogniw LFP, ale CATL również tutaj chce osiągnąć dalszą poprawę. Druga generacja tej baterii jonów sodowych powinna już mieć gęstość energii ponad 200 Wh/kg.
Ogniwa jonowe sodu firmy CATL działają bez folii miedziano-aluminiowej i opierają się wyłącznie na aluminium. Można więc pozbyć się tutaj drogiej miedzi. Elektrolit jest również niepalny. Podczas ładowania i rozładowywania rezystancja wewnętrzna jest jeszcze niższa niż w przypadku ogniw LFP. Powoduje to mniej ciepła odpadowego (większa wydajność). Akumulator jest następnie ładowany do 80% w ciągu 15 minut i w przeciwieństwie do akumulatora LFP nie jest już wrażliwy na zimno (przy -20 stopniach nadal dostępne jest 90% pojemności). Sprawność ładowania i rozładowania wynosi zwykle 75%. Akumulator sodowo-jonowy powinien osiągnąć znacznie ponad 80%. Te wartości oznaczają, że bateria jest nieco mniejsza, ponieważ zajmuje więcej miejsca i może nie osiągnąć tego samego zasięgu.
W zależności od układu akumulatorów, akumulatory sodowo-jonowe mają od 1000 do 3000 cykli ładowania zgodnie z CATL.
Akumulator sodowo-jonowy mają być również wyraźnie tańsze. Ponieważ na kWh pojemności baterii, koszt to tylko 35 dolarów za kWh ze względu na tani sód oraz brak kobaltu i miedzi . To byłaby wtedy tylko jedna trzecia bieżących kosztów.
To może oznaczać ostateczny koniec wodorowego ogniwa paliwowego.
Ze względu na wyższe wymagania dla silnika spalinowego w związku z wprowadzeniem normy EU7 od około 2025 roku, silnik spalinowy byłby wtedy po raz pierwszy droższy niż samochód elektryczny (bez dofinansowania).
Akumulatory hybrydowe dla wyższej klasy
W przypadku pojazdów klasy kompaktowej i średniej wystarczające byłyby akumulatory sodowo-jonowe pod względem ilości energii. W przypadku większych pojazdów CATL mówi o tak zwanych akumulatorach hybrydowych. Tam ogniwa baterii z manganem kobaltowym są inteligentnie połączone z ogniwami z jonami sodu. Zarządzanie baterią przejmuje kontrolę. Ogniwa sodowo-jonowe są ułożone w taki sposób, że zwarcie w ogniwie litowo-jonowym nie prowadzi do reakcji łańcuchowej, ponieważ sąsiednie ogniwo jest ogniwem sodowo-jonowym. Ale akumulator hybrydowy miałby większą pojemność, a tym samym większy zasięg.
Czas ładowania ogniw z jonami sodu wynosiłby od 15 minut do 80%. Konwencjonalne ogniwa byłyby wtedy naładowane do 50%. W sumie to jednak powinno wystarczyć.
W ciągu najbliższych 2-3 lat nastąpi więc znaczny postęp w sektorze baterii.
Mercedes będzie produkował własne ogniwa we współpracy ze Stellantis w ramach joint venture ACC, ale będzie też kupował ogniwa od CATL.
Zdjęcia: CATL i Mercedes-Benz
