Akumulatory bez niklu i kobaltu to Święty Graal pojazdów elektrycznych

Dwadzieścia jeden lat temu Bart Riley i jego współzałożyciele postawili na akumulatory niezawierające niklu i kobaltu w swojej krótko działającej firmie A123 Systems. Wierzyli, że technologia akumulatorów oferuje szereg korzyści dla producentów samochodów w raczkującej wówczas branży pojazdów elektrycznych – pisze redakcja CNN. Riley wspomina, że w latach 2008-2011 firma z Massachusetts namawiała Teslę na swoje akumulatory, ale producent ich nie chciał. Firma A123 Systems próbowała sprzedać firmie General Motors akumulatory do modelu Chevrolet Bolt. GM wybrało jednak akumulatory LG, które bazowały na niklu i kobalcie. Ostatecznie firma A123 Systems nigdy nie była rentowna. W 2012 r. firma złożyła wniosek o ogłoszenie upadłości. Tymczasem bateria, na którą postawił Riley – litowo-żelazowo-fosforanowa (LiFePO4) – odnosi coraz większe sukcesy.

Akumulatory takie jak te, o których myślał Riley, zyskują na popularności, ponieważ producenci samochodów są coraz bardziej zainteresowani unikaniem niklu i kobaltu, które są rzadkie, a także trudne do wydobycia. Tesla zmieniła zdanie i w kwietniu poinformowała, że prawie połowa jej pojazdów sprzedanych w pierwszych trzech miesiącach tego roku nie zawiera niklu ani kobaltu.

Wzrost popularności akumulatorów LiFePO4

Tesla i inni producenci samochodów, np. chiński BYD, zwrócili się w stronę akumulatorów LiFePO4, które zostały opracowane w Ameryce w latach 90-tych, ale później w większości zrezygnowano z nich w amerykańskich pojazdów elektrycznych. Eksperci twierdzą, że technologia ta może dać Tesli przewagę nad konkurentami, którzy jej nie stosują.

Metale, z których zbudowane są akumulatory, stają się tak samo niezbędne dla przemysłu samochodowego, jak od dawna jest nim ropa naftowa. Akumulator to urządzenie, które przechowuje energię chemiczną w celu jej późniejszego przekształcenia w energię elektryczną, a skład chemiczny stosowany w różnych typach akumulatorów ma ogromny wpływ na ich koszt, bezpieczeństwo, moc i trwałość.

Nikiel i kobalt: kontrowersyjne surowce

Większość pojazdów elektrycznych w Stanach Zjednoczonych korzysta z akumulatorów litowo-jonowych, które do działania wymagają kobaltu i niklu. Zarówno kobalt, jak i nikiel są rzadkie, drogie i wzbudzają kontrowersje. Akumulatory niklowe wymagają szkodliwego dla środowiska procesu wydobycia, a ostatnio rynek niklu był bardzo niestabilny. Ceny niklu gwałtownie wzrosły z 29 tys. dolarów za tonę do około 100 tys. dolarów w marcu. W Demokratycznej Republice Konga wydobycie kobaltu jest czasami prowadzone przez dzieci i nie jest objęte żadnymi zabezpieczeniami.

Pomimo tych czynników przewiduje się, że w ciągu najbliższych dwóch dekad popyt na metale stosowane w bateriach – nikiel i kobalt – wzrośnie o 60-70 proc. Niektórzy producenci samochodów zawierają bezpośrednie umowy z górnikami na dostawy, ponieważ ich niedobór mógłby zniszczyć ich działalność.

Plusy żelaza zamiast niklu i kobaltu

Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, w które zainwestowała firma Tesla, różnią się pod względem chemii i składu. Choć bateria nadal wymaga litu, zamiast metali takich jak kobalt czy nikiel wykorzystuje żelazo, którego jest pod dostatkiem i które jest tanie.

Choć początkowo akumulatory LiFePO4 wzbudziły entuzjazm i inwestycje w firmy takie jak A123 Systems, zainteresowanie osłabło.

Dlaczego branża odeszła od LiFePO4?

Według ekspertów motoryzacyjnych, w USA właściciele samochodów cenią sobie zasięg pojazdu. Akumulatory LiFePO4 produkowane w latach 90. i latach 80. pozostawały daleko w tyle za bateriami litowo-jonowymi pod względem mocy, jaką były w stanie utrzymać, a tym samym liczby kilometrów, jakie kierowca mógł przejechać na jednym ładowaniu.

Z tego powodu technologia ta była w dużej mierze unikana przez amerykańskich producentów samochodów. Chińscy producenci samochodów pozostali jednak przy akumulatorach LiFePO4 częściowo dlatego, że były one wystarczająco dobre dla pojazdów o krótkim zasięgu.

Chiny postawiły na LiFePO4

Chiny dominują obecnie na rynku LiFePO4. Obecnie 44 proc. pojazdów elektrycznych sprzedawanych w Chinach korzysta z tych akumulatorów, podczas gdy 6 proc. w Europie, a 3 proc. w USA i Kanadzie – wynika z danych firmy Benchmark Mineral Intelligence, która bada branżę akumulatorów.

Atuty akumulatorów LiFePO4

Zdaniem ekspertów w dziedzinie baterii postępy w technologii LiFePO4 zwiększyły ich zasięg. Poza korzyściami wynikającymi z uniknięcia wydobycia kobaltu i niklu w procesie produkcji, akumulatory te mają szereg innych zalet. Baterie LiFePO4 są bardziej stabilne i mniej podatne na zapalenie się niż akumulatory z niklem i kobaltem, dlatego wymagają mniej zabezpieczeń.

Akumulatory LiFePO4 mogą być ładowane więcej razy, co wydłuża ich cykl życia. Można je regularnie ładować do 100 proc., co nie jest zalecane w przypadku samochodów z akumulatorami niklowo-kobaltowymi, ponieważ wielokrotne pełne ładowanie może skrócić żywotność akumulatora. Ponadto akumulatory LiFePO4 emitują o 20 proc. mniej gazów cieplarnianych na jednostkę energii niż typowe akumulatory niklowe i kobaltowe.

Słabe strony baterii litowo-żelazowo-fosforanowych

Istnieją jednak pewne niedogodności: akumulatory te nie sprawdzają się tak dobrze w zimnym klimacie, a recykling LiFePO4 nie jest tak opłacalny ekonomicznie jak recykling akumulatorów niklowych i kobaltowych.

Zwolennicy pojazdów elektrycznych często powołują się na gospodarkę cyrkulacyjną, w której stare akumulatory do pojazdów elektrycznych są poddawane recyklingowi i przetwarzane na nowe, dzięki czemu świat staje się bardziej zrównoważony. Jednak zdaniem ekspertów w dziedzinie baterii, jeśli pojazdy elektryczne przestawią się na LiFePO4, może to być mniej prawdopodobne. Firmy zajmujące się recyklingiem skupiały się dotychczas na niklu i kobalcie, ponieważ ich cena i rzadkość sprawiają, że są one atrakcyjne z punktu widzenia recyklingu. Przejście na LiFePO4 może sprawić, że amerykańskie firmy staną się bardziej zależne od chińskich dostawców, którzy zdominowali produkcję tych baterii.

Niesamowity potencjał LiFePO4

Mimo to producenci samochodów wyrazili spore zainteresowanie technologią LiFePO4. Firma Rivian poinformowała CNN Business, że widzi „niesamowity potencjał” w LiFePO4. W zeszłym roku firma po raz pierwszy poinformowała, że planuje wykorzystywać te akumulatory w pojazdach o standardowym zasięgu. VW zamierza stosować LiFePO4 w mniejszych samochodach. Ford powiedział, że „przygląda się” rozwoju baterii litowo-żelazowo-fosforanowych.