Akumulatory do samochodów elektrycznych zbudowane są z różnych typów ogniw akumulatorowych. Ogniwa cylindryczne są najtańsze w produkcji, ponieważ są samodzielne i zamknięte w obudowie o dobrej odporności mechanicznej. Mają jednak kilka ograniczeń, zwłaszcza w zakresie mocy. W związku z tym nie są idealne dla EV z mniejszymi pakietami akumulatorów. Zamiast tego w mniejszych EV stosuje się ogniwa pryzmatyczne lub typu pouch.

Systemy magazynowania energii

Ogniwa w samochodzie elektrycznym wykonane są z dwóch rodzajów materiałów – kwasowo-ołowiowych i litowo-jonowych. Te pierwsze oferują najlepszy kompromis pomiędzy pojemnością magazynowania energii a kosztem. Są one obecnie najpopularniejszym typem ogniw. Model 3 Tesli od lat korzysta z ogniw NCA, natomiast niektóre samochody używają obecnie ogniw LFP produkowanych w Chinach. Ogniwa niklowo-manganowo-kobaltowe są również bardzo energooszczędne i oferują dobrą równowagę mocy i energii. Były one stosowane w obu generacjach Chevy Voltów – te dane są skutkiem badań redakcji strony Człowiek w Sieci.

Ogniwa akumulatorowe stosowane w samochodach elektrycznych występują w dwóch formatach: cylindrycznym i pryzmatycznym. Ogniwa cylindryczne są najtańsze w produkcji, ponieważ są samodzielne i mieszczą się w mocnej obudowie. Mają one jednak pewne wady. Większe ogniwo cylindryczne jest generalnie najlepszym rozwiązaniem dla dużego akumulatora w samochodzie elektrycznym, podczas gdy w mniejszych akumulatorach stosuje się ogniwa pryzmatyczne lub typu pouch.

Chemia katod w akumulatorach zmienia się cały czas. To, co dziś może być uważane za „czyste”, za dekadę lub dwie może być substancją toksyczną. Z tego powodu ważne jest, aby producenci pojazdów elektrycznych projektowali swoje akumulatory z myślą o recyklingu. W przyszłości będą chcieli, aby ich ogniwa były łatwe do demontażu i ponownego użycia.

Baterie do pojazdów elektrycznych są projektowane tak, aby wytrzymywały tysiące kilometrów. Producenci pojazdów elektrycznych zadają sobie wiele trudu, aby zapewnić ich trwałość. Pakiety baterii stosowane w pojazdach elektrycznych są buforowane, dzięki czemu liczba cykli, przez które przechodzi bateria, jest mniejsza niż w przypadku zwykłej baterii. Mają też sprytne systemy chłodzenia, które przedłużają ich żywotność.

Rodzaje ogniw akumulatorowych

Akumulatory do samochodów elektrycznych występują w różnych typach. Niektóre są cylindryczne, a inne pryzmatyczne. Akumulatory cylindryczne mają większą pojemność na ogniwo, ale mniejszą objętość. Tesla Model 3 ma kombinację ogniw cylindrycznych i pryzmatycznych. Oba są akumulatorami litowo-jonowymi, ale nie wszystkie są stworzone tak samo.

Baterie litowo-jonowe są najbardziej rozpowszechnionym typem. Jednak w samochodach elektrycznych zastosowano również kilka innych typów ogniw akumulatorowych. W tym artykule poznamy zalety każdego z nich i ich różnice. Poniżej wymieniono kilka przykładów. Gdy już wiesz, jaki typ ogniwa akumulatorowego jest najlepszy dla Twojego pojazdu elektrycznego, możesz dokonać kolejnego zakupu samochodu elektrycznego.

Większość producentów samochodów elektrycznych stosuje akumulator litowo-jonowy. Znajdują się one również w większości przenośnych urządzeń elektronicznych. Akumulatory te są niezwykle wydajne, mają wysoki stosunek mocy do wagi i mogą wytrzymać niskie temperatury. Charakteryzują się również niższym współczynnikiem samorozładowania.

Akumulatory do pojazdów elektrycznych stają się coraz bardziej powszechne, a stojąca za nimi technologia jest coraz lepsza. Naukowcy eksperymentują z różnymi rodzajami akumulatorów, aby uczynić je jak najbardziej wydajnymi. Choć najpopularniejsze są akumulatory litowo-jonowe, niektóre obiecujące technologie nie są jeszcze dostępne w sprzedaży. Niemniej jednak istnieje wiele innych rodzajów akumulatorów, które mogą być stosowane w pojazdach elektrycznych.

Chemia stojąca za ogniwami akumulatorów stale się zmienia i za 10 lat katody mogą być inne niż obecnie. Jest to jeden z powodów, dla których producenci powinni uczynić akumulatory tak łatwymi do demontażu, jak to tylko możliwe. Dzięki temu ich recykling byłby łatwiejszy i bardziej opłacalny.

Koszt

Koszt produkcji ogniw do samochodów elektrycznych jest wysoki, głównie ze względu na wysoki koszt surowców, takich jak nikiel. Towar ten jest niezbędny do produkcji baterii, ponieważ stanowią one istotny element mocy i zasięgu samochodu elektrycznego. W związku z tym, koszt produkcji ogniw jest głównym problemem dla producentów baterii i bezpośrednio wpływa na rentowność ich samochodów. Koszt produkcji jednego ogniwa może wynosić nawet 1400 dolarów. W związku z tym producenci akumulatorów poszukują tańszych surowców, aby zachować konkurencyjność.

Oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat koszt produkcji baterii do samochodów elektrycznych znacznie spadnie. W rzeczywistości oczekuje się, że ceny baterii do samochodów elektrycznych spadną do 105 USD za kilowatogodzinę do 2021 roku. W 1991 roku koszt wyprodukowania jednej kilowatogodziny energii elektrycznej wynosił 7 500 USD. Przemysł akumulatorowy dokonuje inwestycji w celu dywersyfikacji dostaw surowców, aby obniżyć koszty produkcji tych ogniw.

Rządy mogą również odgrywać ważną rolę w branży poprzez ułatwianie wzrostu rynku. W szczególności rządy mogą zapewnić bezpośrednie zachęty finansowe i wspierać rozwój lokalnych ekosystemów baterii. Środki te powinny pomóc w przyspieszeniu rozwoju branży pojazdów elektrycznych.

Trwałość

Aby pomóc środowisku, producenci samochodów elektrycznych muszą sprawić, by ich ogniwa były trwałe. Nowa globalna regulacja techniczna ONZ dotycząca trwałości baterii pomoże zapobiec stosowaniu w pojazdach elektrycznych baterii niskiej jakości. Nowa regulacja pomoże również poprawić wyniki w zakresie ochrony środowiska, ponieważ baterie o większej trwałości zużywają mniej surowców i mniej energii.

W związku z tym, że pojazdów elektrycznych pojawia się na rynku więcej, producenci potrzebują akumulatorów, które będą działać przez długi czas. Potrzebują również akumulatorów, które można łatwo zdemontować. Tu właśnie przydaje się robotyka. Roboty pomogą przyspieszyć proces demontażu. Ponadto, chemia baterii ciągle się zmienia, a baterie powinny być łatwe do demontażu i recyklingu.

Mimo że trwałość ogniw w ostatnich latach znacznie się poprawiła, nadal może dojść do degradacji baterii. Ogniwa w końcu stracą zdolność do magazynowania energii i dostarczania prądu. Degradacja ta jest jednak rzadka w pojazdach elektrycznych. Stan ogniw akumulatora nazywany jest również stanem zdrowia (SOH). Nowe ogniwo rozpoczyna pracę ze 100% SOH (state of health), ale w miarę starzenia się będzie ulegać powolnej degradacji.

Obecne akumulatory litowo-jonowe są niezwykle trwałe. Typowy akumulator w nowoczesnym samochodzie elektrycznym może działać nawet 20 lat, więc jego zestaw akumulatorów prawdopodobnie przetrwa sam pojazd. Ponadto, w przeciwieństwie do innych typów akumulatorów, ogniw samochodów elektrycznych nigdy się nie wyrzuca; są one ponownie wykorzystywane do mniej wymagających zastosowań. Na przykład, akumulator w Nissanie Leaf miał początkowo pojemność 50 kilowatogodzin. Jednak po dekadzie użytkowania jego pojemność spadła do około 20 procent.

Prognoza materiałów

Raport IDTechEx identyfikuje ponad 28 materiałów, które będą wykorzystywane w ogniwach samochodów elektrycznych do 2030 roku. Raport podkreśla również zmiany udziału w rynku i szybki wzrost kilku rynków materiałowych. Chociaż w roku 2020 spodziewany jest niewielki spadek popytu ze względu na regulacje COVID-19, raport nadal podkreśla potencjał znacznego wzrostu w latach po 2020 roku.

Raport koncentruje się na ogniwach akumulatorowych i elektrycznych silnikach trakcyjnych oraz identyfikuje kluczowe trendy, które będą miały wpływ na materiały stosowane w tych komponentach. Następnie badanie prognozuje zapotrzebowanie na te materiały i ich wartość rynkową. Metodologia IDTechEx obejmuje wywiady pierwotne z odpowiednimi graczami branżowymi, badania wtórne oraz analizę 240 modeli BEV i PHEV od 2015 do 2020 roku. Analizuje również gęstość energii pakietów baterii i ogniw, chemię ogniw, strategię zarządzania termicznego, interkonekty i wkładki międzykomórkowe.

Oprócz litu, kobalt jest kolejnym ważnym materiałem dla rozwoju baterii samochodów elektrycznych. Przewiduje się, że zapotrzebowanie na kobalt będzie dynamicznie rosło, a jego wielkość do 2030 roku szacuje się na 315 000 tpa. Największym producentem kobaltu jest obecnie Demokratyczna Republika Konga. Metal ten jest wykorzystywany do produkcji baterii litowo-jonowych, które są szeroko stosowane w samochodach elektrycznych.

Oczekuje się, że wraz ze wzrostem liczby samochodów elektrycznych globalny popyt na akumulatory gwałtownie wzrośnie. Ten wzrost zapotrzebowania na baterie spowoduje wąskie gardła w dostawach podczas fazy rozkwitu mobilności elektrycznej. Zrównoważony i niezawodny łańcuch dostaw będzie miał jednak kluczowe znaczenie dla sukcesu branży pojazdów elektrycznych.

Partnerstwa z producentami samochodów

General Motors i Honda ogłosiły partnerstwo w celu produkcji ogniw dla pojazdów elektrycznych. Firmy współpracują już nad wodorowymi ogniwami paliwowymi, ale najnowsza umowa ma na celu poprawę wydajności baterii, zmniejszenie wagi i zwiększenie szybkości ładowania. Porozumienie ma również na celu wyprodukowanie milionów nowych pojazdów elektrycznych do 2027 roku.

Oczekuje się, że partnerstwa te będą się nadal umacniać, ponieważ producenci samochodów zdają sobie sprawę, że nie mogą samodzielnie konkurować na tym szybko zmieniającym się rynku. Według Atlas Public Policy, 36 z 36 firm inwestujących w elektryfikację transportu nawiązało współpracę z innym producentem samochodów. Ponieważ pojazdy elektryczne stają się coraz bardziej powszechne w Stanach Zjednoczonych i Chinach, coraz więcej producentów samochodów zawiera sojusze w celu opracowania technologii potrzebnej do ich produkcji.

Kilku producentów samochodów, którzy prowadzą dużą działalność w Stanach Zjednoczonych, stara się udobruchać administrację Bidena, która wezwała firmy do przeniesienia łańcuchów dostaw do USA. Jednak Tesla i jej partnerzy zaczęli budować fabryki ogniw w USA i nawiązali współpracę z takimi firmami jak LG Chem i Panasonic.

Subaru również ogłosiło partnerstwo w celu opracowania samochodu elektrycznego. Partnerstwo będzie koncentrować się na jednostkach napędowych Gen 5, a także na rozwoju technologii baterii dla EV we własnych fabrykach. Partnerstwo skupi się również na pojazdach elektrycznych małego formatu.