Choć era akumulatorów litowo-jonowych rozpoczęła się dopiero w latach 90. poprzedniego wieku, już zdążyły one zrewolucjonizować nie tylko segment małej elektroniki, lecz także sektor transportu i energii. Technologia ta ewoluuje w coraz szybszym tempie i wszystko wskazuje na to, że nowoczesne baterie litowo-jonowe już niebawem będą powszechnie zasilać rozwój wielu strategicznych obszarów nowoczesnego przemysłu z branżą motoryzacyjną na czele.
Rynek ogniw litowo-jonowych rozrasta się w bardzo szybkim tempie, pomimo kryzysu dostaw wywołanego koronawirusem. Zgodnie z prognozami już w 2025 roku osiągnie on wartość około 84 miliardów dolarów. Za niemal 40% popytu odpowiadają producenci samochodów elektrycznych, a jego zapotrzebowanie wciąż rośnie. Szacuje się, że do 2040 roku około 70% użytkowanych pojazdów będzie samochodami z napędem elektrycznym. Przekłada się to na pięciokrotnie wyższe zapotrzebowanie rynku automotive, niż wynoszą obecne moce produkcyjne. Gwałtownie rosnący popyt na baterie litowo-jonowe będzie w dalszej perspektywie oznaczał wzrost ich produkcji, a w efekcie spadek ich cen, ze względu na efekt skali. Już w ciągu dziesięciu ostatnich lat potaniały one o 90% i wszystko wskazuje na to, że ten trend będzie utrzymywać się także w przyszłości. Pozwala to prognozować, że za niedługi czas ceny samochodów elektrycznych zrównają się z cenami samochodów spalinowych.
Cena samochodu elektrycznego w dół?
Szacuje się, że koszt akumulatora litowo-jonowego stanowi obecnie około 35-40% ceny samochodu elektrycznego, a jeszcze jakiś czas temu jego udział szacowano nawet na 80%. Eksperci przewidują, że w chwili gdy cena akumulatorów litowo-jonowych wyniesie 100 USD za kilowatogodzinę, koszt zakupu samochodu spalinowego i samochodu elektrycznego będzie podobny. Jeszcze w 2020 roku wynosiła ona 137 USD za kilowatogodzinę, co oznacza, że ten moment może nastąpić już niedługo, choć prawdopodobnie zostanie nieco opóźniony ze względu na globalny wzrost cen surowców w związku z efektami pandemii koronawirusa. Ceny metali niezbędnych do produkcji baterii samochodowych wzrosły bowiem o około 40%, jednak to przejściowy trend. Producenci przewidują, że w przyszłości optymalizacja wydobycia, produkcji ogniw oraz samych pojazdów elektrycznych obniży średnią cenę samochodów z napędem elektrycznym nawet o 56%.
Od czego zależy cena baterii do samochodu elektrycznego?
Dziś największy wpływ na koszt produkcji baterii litowo-jonowych mają surowce ziem rzadkich niezbędnych do ich produkcji. Jak podaje BloombergNEF, wysokie koszty wydobycia metali wchodzących w skład katody, takich jak lit, nikiel, kobalt czy magnez sprawiają, że ma ona aż 51% udział w cenie całej baterii. Drugim największym składnikiem ceny akumulatorów litowo-jonowych są „czyste” koszty produkcji w fabrykach, czyli koszty pracy, wytwarzania i amortyzacji urządzeń. Stanowią one aż 24% całej ceny baterii, czyli więcej niż koszt anody (12%) i elektrolitu (7%). Kolejne 7% to koszty produkcji komponentów baterii do samochodów elektrycznych , jak separatory ogniw i obudowy. Elementy te są bardzo ważne z punktu widzenia prawidłowego funkcjonowania baterii, gdyż zapobiegają one ewentualnym przebiciom elektrycznym i chronią jej wrażliwe elementy przed różnego rodzaju uszkodzeniami. Niezależnie od kosztów wydobycia surowców, producenci baterii litowo-jonowych mają do zagospodarowania duży potencjał, jakim jest efektywność ich wytwarzania we własnych fabrykach. Technologią, która pozwala zwiększyć ekonomikę produkcji obudów i izolacji ogniw, jest spieniony polipropylen (EPP), z którego firma Knauf Industries wytwarza trwałe zestawy akumulatorowe w nowoczesnej technologii formowania ciśnieniowego.
Niezawodna ochrona baterii w samochodzie elektrycznym
Decydujące znaczenie dla trwałości i żywotności baterii do samochodu elektrycznego ma sposób jej eksploatacji i warunki, w jakich musi ona pracować. Optymalny zakres temperatury jej pracy wynosi 20-25°C, dlatego oprócz efektywnego układu chłodzenia i ogrzewania producenci stosują elementy izolacyjne, które zapewniają ogniwom ochronę termiczną i elektryczną. Spieniony polipropylen (EPP) świetnie sprawdza się w tego typu zastosowaniach. Produkowane z niego kompletne zestawy izolacji akumulatorów do samochodów elektrycznych są niezwykle lekkie, dzięki czemu nie zwiększają ciężaru baterii, a jednocześnie bardzo trwałe i odporne mechanicznie. Ze względu na swoje właściwości termoizolacyjne pianka EPP zapobiega przenoszeniu się wysokich temperatur między ogniwami, a ponadto jest odporna na działanie ognia i wysokich temperatur. Ponadto dzięki bardzo wysokiej wartości napięcia przebicia minimalizuje ryzyko przepływu prądu między celami akumulatora samochodowego. Ze względu na fakt, że materiał ten posiada piankową strukturę, doskonale amortyzuje wstrząsy i nie ulega przy tym trwałym odkształceniom, lecz wraca do poprzedniego kształtu, zachowując swoje wszystkie właściwości. Wszystko to sprawia, że spieniony polipropylen znajduje uniwersalne zastosowanie w produkcji baterii litowo-jonowych – separatorów ogniw akumulatorowych, wszelkiego rodzaju elementów termoizolacyjnych oraz szyn połączeniowych i mocujących na zatrzask, które z powodzeniem zastępują tradycyjne rozwiązania wymagające zastosowania dodatkowych narzędzi.
Zobacz też: Akumulatory półprzewodnikowe – nowoczesne technologie dla EV