Chiny chcą doprowadzić baterie całkowicie stałostanowe do pierwszych zastosowań na dużą skalę do 2030 roku. Taki cel znalazł się w nowym planie rozwoju sektora baterii na okres 15. planu pięcioletniego (2026–2030), opublikowanym 28 września przez Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wraz z sześcioma innymi instytucjami centralnymi. Dokument zakłada dalszy rozwój obecnych technologii litowych, sodowych i przepływowych oraz przyspieszenie prac nad materiałami i procesami potrzebnymi do produkcji kolejnej generacji akumulatorów.
Plan posługuje się szerszym pojęciem „nowych baterii”, obejmującym urządzenia i systemy magazynowania oraz przetwarzania energii wykorzystujące nowe materiały, konstrukcje, mechanizmy działania lub procesy produkcyjne. Do tej grupy należą m.in. baterie litowo-jonowe, sodowo-jonowe i przepływowe. Mają one znajdować zastosowanie w coraz większej liczbie sektorów: od elektroniki użytkowej i samochodów elektrycznych po magazyny energii, transport, robotykę i przemysł lotniczy.
Stały elektrolit ma otworzyć drogę do bezpieczniejszych baterii
Jednym z głównych kierunków programu są baterie całkowicie stałostanowe. W klasycznych akumulatorach litowo-jonowych między elektrodami znajduje się ciekły lub żelowy elektrolit, który może być łatwopalny. W bateriach stałostanowych zastępuje go materiał stały. Taka konstrukcja może poprawić bezpieczeństwo i umożliwić osiągnięcie wyższej gęstości energii, czyli zgromadzenie większej ilości energii w ogniwie o określonej masie lub objętości.
Dla użytkownika ta różnica może być bardzo konkretna. W samochodzie elektrycznym wyższa gęstość energii może przełożyć się na większy zasięg bez powiększania i dociążania całego pakietu baterii albo pozwolić zmniejszyć jego masę przy zachowaniu podobnego zasięgu. Ma to znaczenie także w elektronice, robotach i maszynach latających, gdzie każdy dodatkowy kilogram wpływa na czas pracy i możliwości konstrukcji. Stały elektrolit ma przy tym ograniczać ryzyko związane z łatwopalnymi cieczami stosowanymi w obecnych akumulatorach.
Problemem pozostaje przeniesienie tej technologii z laboratoriów do fabryk. Chiński plan wskazuje przede wszystkim na potrzebę poprawy przewodnictwa jonowego, trwałości podczas kolejnych cykli ładowania i rozładowania oraz obniżenia kosztów. Osobnym wyzwaniem jest utrzymanie dobrego kontaktu między elektrodą a stałym elektrolitem. Ciekły elektrolit łatwo wypełnia nierówności na granicy z elektrodą, podczas gdy w konstrukcji całkowicie stałej uzyskanie stabilnego połączenia wymaga znacznie większej precyzji materiałowej i produkcyjnej. Dokument przewiduje równoległe prace nad elektrodami, nowymi elektrolitami, materiałami pomocniczymi i technologiami utrzymywania odpowiedniego nacisku wewnątrz ogniwa.
Według MarketsandMarkets wartość chińskiego rynku baterii stałostanowych ma zwiększyć się z 42,5 mln dolarów w 2025 roku do 384,8 mln dolarów w 2030 roku. Oznaczałoby to średnie tempo wzrostu na poziomie 44,4 proc. rocznie, wobec 37,5 proc. prognozowanych dla rynku światowego. W rozwój technologii inwestują już największe chińskie firmy bateryjne, w tym CATL i BYD.
2030 jako punkt zwrotny
Termin zapisany w planie jest zbliżony do ocen przedstawicieli przemysłu, którzy również nie spodziewają się masowego wejścia baterii stałostanowych na rynek przed końcem dekady. Robin Zeng Yuqun, założyciel i prezes CATL, mówił w czerwcu podczas letniej edycji Światowego Forum Ekonomicznego w Dalian, że przy dziewięciostopniowej skali dojrzałości technologia znajduje się obecnie na poziomie czwartym. Poziom dziewiąty oznaczałby możliwość rozpoczęcia produkcji masowej. Zeng ocenił, że punkt zwrotny może nastąpić około 2030 roku.
Podobnie ocenia sytuację Sun Xiaohong, były sekretarz generalny branży motoryzacyjnej Chińskiej Izby Handlowej ds. Importu i Eksportu Maszyn i Produktów Elektronicznych. Zwraca uwagę, że niewielka produkcja komercyjna jest już możliwa, ale przejście do skali masowej zależy przede wszystkim od dalszego obniżania kosztów i poprawy powtarzalności procesów produkcyjnych. Obecne baterie z ciekłym elektrolitem pozostaną więc na rynku także po pojawieniu się pierwszych konstrukcji całkowicie stałostanowych. Ich produkcja jest dobrze opanowana, a koszty niższe, dlatego przez dłuższy czas oba rozwiązania mogą funkcjonować równolegle.
Chiński plan obejmuje także technologie znajdujące się na wcześniejszym etapie rozwoju. Wśród rozwiązań, dla których w ciągu najbliższych pięciu lat mają powstawać podstawy przemysłowe, wymieniono nowe baterie wykorzystujące jony metali alkalicznych, ogniwa wielowartościowe, metal–powietrze i siarkowe, wielofunkcyjne baterie strukturalne oraz baterie jądrowe. Część z tych konstrukcji jest dziś znacznie dalej od zastosowań komercyjnych niż akumulatory stałostanowe.
Znacznie bliżej masowej produkcji są rozwiązania rozwijane już w obecnych rodzinach baterii. Do 2030 roku długowieczne baterie litowe mają osiągnąć 15 tys. cykli ładowania i rozładowania, podczas gdy w poprzednim okresie planistycznym najbardziej zaawansowane konstrukcje przekraczały 12 tys. cykli. Wiodący producenci mają również ograniczyć liczbę wadliwych produktów do pojedynczych sztuk na miliard wyprodukowanych ogniw.
Podstawą chińskiego systemu produkcji i dostaw pozostaną baterie litowo-jonowe, uzupełniane przez rozwiązania sodowe i przepływowe. Obok nich rozwijane będą baterie całkowicie stałostanowe oraz konstrukcje przystosowane do ultraszybkiego ładowania. Poszczególne technologie mają być dobierane do zastosowań, w których liczą się inne parametry: koszt, masa, bezpieczeństwo, szybkość ładowania albo liczba możliwych cykli pracy.
Dla elektroniki użytkowej plan przewiduje lżejsze i bardziej elastyczne ogniwa. Samochody nowych energii mają otrzymywać baterie bezpieczniejsze i zdolne do pracy w szerszym zakresie temperatur, natomiast magazyny energii współpracujące z siecią elektroenergetyczną potrzebują przede wszystkim bardzo długiej żywotności. Osobną grupę tworzą ogniwa dla maszyn latających na małych wysokościach, robotów oraz urządzeń pracujących w lotnictwie, na dużych głębokościach i w regionach polarnych, gdzie szczególnie ważna jest odporność na trudne warunki pracy.
Punktem wyjścia dla nowego planu jest przemysł rozwijany w Chinach od ponad dwóch dekad. Wan Gang, honorowy przewodniczący Chińskiego Stowarzyszenia Nauki i Technologii, ocenia, że kraj zbudował największy i najbardziej kompletny na świecie system przemysłowy związany z bateriami dla transportu. Według oficjalnych danych przywołanych przez „People’s Daily” Chiny dostarczają obecnie około 70 proc. światowych materiałów bateryjnych i ponad 60 proc. baterii trakcyjnych.
Źródło: Global Times
Zeskanuj, aby pobrać
