Temat technologii bateryjnych nie schodzi z czołówek opiniotwórczej i naukowej prasy, a nagrodę Nobla 2019 w dziedzinie chemii przyznano właśnie za badania nad bateriami. Mobilna energia dała nam już nowe możliwości w każdej dziedzinie życia: od telefonów komórkowych po elektryczne hulajnogi ale także, bardziej „poważne” zastosowania, na przykład w medycynie. Warto zatem wiedzieć, co nowego słychać w świecie akumulatorów i baterii, tym bardziej, że potencjał rozwiązań litowo-jonowych wciąż się powiększa, a naukowcy nadal nie powiedzieli tu ostatniego słowa.

 

Historia globalnego sukcesu: zwycięstwo baterii litowo-jonowej.

W historii wielokrotnie pojawiły się technologie, które wywierały  głęboki wpływ na ludzkie życie – bateria litowo-jonowa jest jedną z nich. Pierwotnie powstanie tej technologii zawdzięczamy modzie na kultowe dziś walkmany i inne urządzenia służące rozrywce popularne w latach 70’ i 80’. To do tych urządzeń poszukiwano alternatywnego zasilania, gdyż zwykłe jednorazowe baterie błyskawicznie się wyczerpywały.  Producenci skupili się więc na rozwoju akumulatorów litowo-jonowych – wyróżniała je lepsza wydajność energetyczna, mniejsze rozmiary i brak podatności na efekt pamięci (to niekorzystne zjawisko, a właściwie kilka różnych zjawisk, obserwowanych w niektórych typach akumulatorów i powodujących utratę rzeczywistej pojemności akumulatora). Pojawiły się jednak problemy: były one wysoce łatwopalne i podatne na zwarcia wewnątrz ogniwa.

 

Naukowcy musieli zająć się tymi wyzwaniami i do pewnego stopnia nadal to robią. Najnowszy przełom nastąpił  dzięki wynikom badań Johna B. Goodenough’a (USA), M. Stanley’a Whittinghama (UK) i Akiry Yoshino (Japonia), którzy otrzymali w 2019 roku Nagrodę Nobla z chemii. Pierwsze akumulatory litowo-jonowe zostały wyprodukowane w 1983 r., a w 1991 r. zostały wprowadzone na rynek przez Sony. Od tego czasu są one niepowstrzymane, o czym świadczą statystyki: w 2019 r. ich światowy rynek był wart ok. 40 mld euro. Oczekuje się, że do 2022 r. wartość ta wzrośnie do 60 mld euro.

 
Od smartfona po sprzątanie w przemyśle

Smartfon, aparat cyfrowy, laptop, latarka: w dzisiejszych czasach trudno spotkać elektroniczny gadżet, który nie jest zasilany bateriami litowo-jonowymi. Technologia ta jest lżejsza, bardziej kompaktowa oraz zapewnia większą pojemność i wydajność niż standardowe baterie niklowo-kadmowe lub niklowo-wodorkowe. Jest to istotny czynnik w przypadku praktycznych urządzeń, takich jak elektronarzędzia, sprzęt ogrodniczy, odkurzacze i tym podobne – zarówno w naszych domach, jak i w zastosowaniach profesjonalnych.

 

Elektromobilność to kolejny chwytliwy temat. Akumulatory litowo-jonowe mogą być połączone ze sobą, co oznacza, że kilka z nich można połączyć w jeden pakiet energetyczny. Technika ta jest stosowana we wszystkich rodzajach elektro-pojazdów – od rowerów i skuterów elektrycznych, Segway’ów, do samochodów hybrydowych i elektrycznych a także autobusów. Nawet w fotowoltaice akumulatory litowo-jonowe okazały się przydatne do magazynowania energii ze względu na swoje kompaktowe rozmiary, długą żywotność i brak konieczności konserwacji. Standardowa żywotność w warunkach domowych wynosi 6000 cykli, co daje około 20 lat – mniej więcej tyle samo, co w przypadku systemu fotowoltaicznego.

 

Dzisiaj: baterie litowo–jonowe. A jutro?

Technologia litowo-jonowa jest obecnie wszędzie i w niektórych obszarach stała się ich trwałą i trudną do zastąpienia częścią. Jednak powszechna elektromobilność jest czynnikiem zwiększającym zapotrzebowanie na magazynowanie energii w tak dużym stopniu, że technologia ta prawdopodobnie nie będzie w stanie sama sprostać tym potrzebom. Zwłaszcza, że dostępność surowców – przede wszystkim kobaltu i litu – stanie się problematyczna w perspektywie średnioterminowej.

 

 

Poszukiwanie alternatywnych rozwiązań jest zatem w toku. Jedną z opcji jest bateria z elektrolitem półprzewodnikowym, która nie zawiera płynów, a jedynie elektrolit półprzewodnikowy jako przewodnik elektryczny. Oczekuje się, że z ich pomocą samochody elektryczne zyskają zasięg minimalny 500 km, a ładowanie akumulatorów będzie kwestią minut. Obecne badania koncentrują się na materiałach i technikach produkcji. Inną opcją jest akumulator magnezowy, który ma być mocniejszy, tańszy i bezpieczniejszy niż obecne akumulatory litowo-jonowe. Nie wspominając już o tym, że magnez jako surowiec jest tysiąc razy bardziej powszechny niż lit. I jest także łatwiejszy w recyklingu.

 

Zrównoważony rozwój i możliwości recyklingu

Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju, istnieją plusy i minusy technologii litowo-jonowej. Z jednej strony jest ona wykorzystywana do celów takich jak pojazdy elektryczne i magazynowanie energii z systemów fotowoltaicznych – to kluczowe kroki w kierunku bardziej przyjaznej dla środowiska przyszłości. Z drugiej strony, akumulatory są obecnie używane z bardzo niewielkimi ograniczeniami – nawet  buty sportowe mają teraz światełka, a słomki są ozdabiane diodami LED! Jest to sprzeczne z zrównoważonym rozwojem i odpowiedzialnym korzystaniem z zasobów. Recykling jest kolejnym problemem, ponieważ obecne metody są niewystarczające, aby poradzić sobie z dużą liczbą akumulatorów na świecie.

 


Przewiduje się, że wkrótce zabraknie kobaltu i innych materiałów, więc nowe rozwiązania są w trakcie opracowywania. Do odzysku kobaltu, niklu i miedzi można na przykład stosować topienie termiczne. Innym podejściem jest rozdrabnianie wysoce łatwopalnych baterii w atmosferze azotu. Pozostaje tylko rozdrobniony materiał, z którego możemy odzyskać grafit, mangan, nikiel i kobalt. Bateria może być następnie odtworzona z emisją dwutlenku węgla o 40% niższą niż przy produkcji nowej baterii od podstaw. Istnieje wiele innych wariacji na ten temat, ale cel jest ten sam – oszczędzać energię i ponownie wykorzystywać jak największą ilość surowców.

 

 
Program Second Life ma inne podejście, polegające na wykorzystaniu starych baterii do stacjonarnego magazynowania energii. Akumulatory w pojazdach elektrycznych nie działają już wystarczająco dobrze, aby spełnić wymagania dotyczące zasięgu po ośmiu lub dziewięciu latach, więc trzeba je wymienić – ale nadal działają. Dlatego różni producenci samochodów zamierzają wykorzystywać te akumulatory o zmniejszonej pojemności ładowania w dużym stacjonarnym magazynie energii.

 

Kärcher i technologia akumulatorów

Cztery pytania do dr Jana Beckera, kierownika Centrum Modułowych Systemów Magazynowania Energii.
 
Kiedy Kärcher po raz pierwszy wprowadził na rynek urządzenia zasilane bateryjnie?

Od ponad 30 lat mamy w naszym portfolio produkty z akumulatorami – i mają one wszystkie typowe zalety tego typu urządzeń. Zawsze zadawaliśmy sobie pytanie, gdzie ich zastosowanie ma największy sens dla naszych klientów i jak podejść do wyzwań technicznych.
 
 
Wraz z Kärcher Battery Universe wprowadzają Państwo na rynek dwie nowe platformy akumulatorowe. Jaki był cel ich rozwoju?

Było kilka ważnych czynników, o których należy pamiętać – m.in. zwiększona wydajność i czas pracy oraz dokładny wyświetlacz pokazujący czas ładowania i pozostały czas pracy do minuty. Mamy dostępne akumulatory 18 V i 36 V o różnych pojemnościach. Wszystkie akumulatory w danej klasie napięcia pasują do każdego urządzenia.

 

 
 Jakie produkty będą dostępne?

W asortymencie Home & Garden nowe produkty z zakresu akumulatorów są dostępne na rynku od wiosny 2019 roku. Asortyment obejmuje myjki średniociśnieniowe, odkurzacze WD oraz różne narzędzia ogrodnicze. Nasza linia produktów Professional zostanie wprowadzona na rynek w 2020 roku i obejmuje odkurzacze do pracy na sucho i mokro, a także profesjonalne narzędzia do pielęgnacji terenów zielonych. Jesteśmy pierwszą firmą na świecie, która wprowadziła na rynek myjkę wysokociśnieniową zasilaną bateryjnie, przeznaczoną do użytku komercyjnego.

 
Akumulatory litowo-jonowe będą jeszcze przez jakiś czas dostępne, ale kolejne technologie są już w blokach startowych. Jaka jest reakcja Kärcher?

Nasze platformy są tak zaprojektowane, że możemy z łatwością dopasować nowe technologie ogniw do naszego interfejsu. Jest to ważny sposób, w jaki możemy zaoferować naszym klientom przyszłościowe rozwiązania.

 

Publikacja przygotowana przez firmę Karcher Sp. z o.o.