Američke tvrtke možda zaostaju za azijskim divovima u sektoru razvoja baterija, ali baterije s čvrstim elektrolitom mogle bi SAD-u pružiti novu priliku da postanu konkurentne. Tako barem tvrdi izvršni direktor tvrtke Solid Power, specijalizirane za čvrste elektrolite, sa sjedištem u Coloradu. Solid Power dio je vala mladih američkih startup tvrtki koje se bave baterijama – među kojima su i kalifornijski QuantumScape te Factorial iz Massachusettsa, a koje se utrkuju u komercijalizaciji baterija s čvrstim elektrolitom.
Znanstvenici koji se bave baterijama uglavnom smatraju da bi ćelije s čvrstim elektrolitom mogle električnim vozilima omogućiti veći doseg i brže punjenje, uz istovremeno uklanjanje rizika od požara, u usporedbi s današnjim litij-ionskim baterijama. Međutim, pokazalo se da je masovna proizvodnja ove tehnologije iznimno zahtjevna.
Ipak, u američkoj tvrtki Solid Power vjeruju da će se čekanje na kraju isplatiti. Očekuju da će se baterije s čvrstim elektrolitom do kraja ovog desetljeća naći u odabranim električnim vozilima više klase, dok bi šira primjena trebala uslijediti početkom 2030-ih. Tvrtka je također 2024. godine osigurala bespovratna sredstva Ministarstva energetike SAD-a u iznosu od 50 milijuna dolara, dodijeljena u okviru dvostranačkog Zakona o infrastrukturi kako bi podržala svoje razvojne aktivnosti.
Za razliku od nekih konkurenata, Solid Power ne pokušava proizvesti kompletnu bateriju. Specijalizirali su se za jednu ključnu komponentu: elektrolit, koji omogućuje kretanje litijevih iona između elektroda. U litij-ionskim baterijama taj je elektrolit obično zapaljiva tekuća kemikalija. Kod baterija s čvrstim elektrolitom tvrtke se uglavnom usmjeravaju na tri različite vrste čvrstih elektrolita: polimere, okside i sulfide. Solid Power polaže nade u treću opciju. Predsjednik i izvršni direktor John Van Scoter izjavio je u intervjuu za portal InsideEVs da bi njihov fleksibilni čvrsti elektrolit na bazi sulfida mogao pomoći etabliranim proizvođačima baterija da integriraju tu tehnologiju u svoje postojeće proizvodne procese, a SAD-u omogućiti povratak u igru na tržištu baterija. Tvrtka je prošlog mjeseca napravila korak prema tom cilju puštanjem u rad svoje pilot-proizvodne linije Mobius u pogonu u Thorntonu, u Coloradu. Cilj je proizvodnja i prodaja elektrolita iz tog pogona nekim od najvećih imena u automobilskoj industriji i industriji baterija.
Tvrtka već surađuje s tvrtkama Ford, BMW, Samsung SDI i SK ON, kao i s drugim partnerima čija imena još nisu javno objavljena. Umjesto da sama proizvodi kompletne baterije, tvrtka Solid Power navodi da proizvođači baterija mogu integrirati njezin elektrolit u vlastite dizajne ćelija, testirati rezultate te zajednički raditi na usavršavanju tehnologije prije početka proizvodnje. Van Scoter je izjavio da je tvrtka sklopila ugovore o zajedničkom razvoju s Fordom i BMW-om. Sada se fokus prebacuje na suradnju s velikim proizvođačima baterija kako bi se pronašao način za povećanje opsega proizvodnje.
Očekuje se da će pilot-linija Mobius postati operativna do kraja godine, čime će se kapacitet proizvodnje čvrstih elektrolita povećati za 45 tona godišnje. Zajedno s postojećim pogonima, to bi dovelo ukupni pilot-kapacitet na 75 tona godišnje. Što to, dakle, znači u pogledu performansi? Kada se doda silikonskoj anodi i katodi od nikla, mangana i kobalta (NMC), sulfidni elektrolit tvrtke Solid Power može povećati gustoću energije ćelije na 390 vat-sati po kilogramu, uz vijek trajanja od više od 1000 ciklusa. (Suvremene NMC baterije s tekućim elektrolitima obično postižu vrijednosti između 250 i 280 Wh/kg.)
Uz anodu od litij-metala, ta se gustoća energije može povećati na 440 Wh/kg, tvrdi tvrtka, što je gotovo dvostruko više od prosječne današnje litij-ionske baterije. Ipak, riječ je o teoretskim vrijednostima. Konačna gustoća energije ovisit će o proizvođaču baterija koji izrađuje samu ćeliju. Još jedna velika prednost jest to što, prema mišljenju tvrtke, njezina tehnologija ne zahtijeva izgradnju novih tvornica niti skupu prenamjenu postojećih proizvodnih pogona.
Naravno, baterije u čvrstom stanju još uvijek imaju neke poznate probleme koje treba riješiti. Jedan od njih je formiranje dendrita. To su sitne, igličaste litijeve strukture koje mogu rasti unutar ćelije, potencijalno uzrokujući kratke spojeve i gubitak kapaciteta. Van Scoter je rekao da je Solid Power uložio mnogo inženjerskog napora kako bi riješio taj problem.
Tvrtka također ne počinje od nule s proizvođačima automobila. BMW je prošle godine objavio slike prototipa i7 opremljenog baterijom u čvrstom stanju s Solid Powerovom silicijskom anodom u čvrstom stanju.
BMW, Samsung SDI i Solid Power sklopili su trostrani sporazum o razvoju tehnologije radi njezine komercijalizacije. Samsung SDI proizvodit će ćelije, BMW će razvijati baterijske module i pakete, a Solid Power će isporučivati čvrsti elektrolit. Točan vremenski okvir u kojem ćemo vidjeti rezultate ovog partnerstva za sada ostaje nepoznat.
Drugi američki startupi koji se bave tehnologijom baterija sa čvrstim elektrolitom (tzv. solid-state baterijama) zauzimaju pristup veće vertikalne integracije, sami razvijajući cjelokupne ćelije. Primjerice, tvrtka QuantumScape surađuje s Volkswagenom, Hondom i drugim proizvođačima automobila na komercijalizaciji svoje tehnologije.
Istovremeno, Mercedes-Benz i Stellantis već su započeli testiranja prototipova vozila opremljenih solid-state ćelijama tvrtke Factorial. Solid Power, međutim, smatra da bi ta tehnologija mogla najprije sazrijeti u primjenama u obrambenom sektoru, kod bespilotnih letjelica (dronova) i humanoidnih robota.
– Ciklusi kvalifikacije su kraći, a životni vijek platforme znatno se brže ostvaruje – izjavio je Van Scoter govoreći o dronovima i robotima.
Kako god bilo, američki proizvođači automobila i tvrtke za proizvodnju baterija nisu u potpunosti iskoristili procvat litij-ionskih baterija, prepustivši to azijskim divovima. Hoće li uspjeti prvi dovesti solid-state baterije do faze komercijalne primjene, pokazat će tek vrijeme…
