Profesor Fichtner, baterije so eden najpomembnejših delov električnega vozila. Katere so najboljše za ta namen?

To so baterije, ki združujejo najboljše lastnosti glede zmogljivosti shranjevanja, hitrega polnjenja, nizkih stroškov, varnosti in trajnosti, odvisno od vozila in njegovega namena. V luksuznem razredu šteje velik doseg. V kompaktnem razredu naj bi bila baterija bistveno cenejša, ni pa nujno, da ponuja tako visoke kapacitete.

V električnem vozilu je prostor za baterijo omejen. H kakšni zasnovi bi morali stremeti, da bi baterija enake velikosti omogočila še večjo zmogljivost shranjevanja?

Nekateri proizvajalci uporabljajo tako imenovano zasnovo "cell-to-pack" ali "cell-to-body", to pomeni, da baterijski paketi niso več sestavljeni iz celic v velikosti čokoladne ploščice, ampak so te v velikosti deske. Takšne večje enote zahtevajo manj embalaže in tako zagotovijo več prostora za dejansko skladiščenje materiala. Dosegajo več kot 70-odstotno gostoto integracije, medtem ko je ta vrednost pri običajnih baterijah le približno 50 odstotkov.

Proizvajalci električnih vozil, ki želijo razvijati lastne baterije, lahko take tehnološke preskoke upoštevajo že na samem začetku. Navsezadnje ne gre za posamezno baterijsko celico, temveč za gradnjo celic, ki so prostorsko varčne in hkrati čim večje.

Kakšen napredek pri baterijah pričakujete v prihodnjih letih?

Pričakujemo, da bo napredek skokovit in hiter. Za leto 2023 sta bila napovedana prva baterijska sklopa dveh kitajskih proizvajalcev, ki omogočata doseg več kot 1000 kilometrov. Hkrati naj bi se bila zmožna napolniti do dosega 700 kilometrov v manj kot 10 minutah.

Tudi mene kot raziskovalca preseneča dinamika tega razvoja. To bi pomenilo velik preskok v tehnologiji baterij, ki niti ne temelji na neki novi baterijski kemiji, temveč na tehnoloških ukrepih.

Moč polnjenja se pogosto zanemarja. Kakšna je povezava med hitrostjo polnjenja in tehnologijo baterij?

Res je, saj le redko prevozite 600 kilometrov v enem kosu. Je pa pomembno, da se velike baterije lahko hitro napolnijo, pravzaprav je to tisto, kar je zares pomembno. Ko lahko baterijo električnega vozila z 10 na 80 odstotkov napolnite v zgolj desetih minutah, je za motor z notranjim zgorevanjem igre konec.

Nekateri materiali omogočajo hitrejše polnjenje baterij, drugi pa bodo za to potrebovali dlje časa. Tehnično gledano se litijevi ioni med polnjenjem premikajo od katode k anodi, anoda pa potem, ko je baterija napolnjena, litijeve ione shrani.

Trenutno se anodi dodaja grafitni sloj. Obstajajo proizvajalci baterij, ki želijo namesto tega uporabiti silicij-ogljikove kompozite, saj jih je mogoče napolniti veliko hitreje, tudi pri nizkih temperaturah. Pri materialih je veliko razvojnega potenciala. S spremembo samega materiala anode bo celica kot celota pridobila 30 odstotkov večjo kapaciteto shranjevanja. Pred nami so torej še neverjetni preboji.

Je pa poleg tega treba upoštevati še nekaj. Če želite baterijo s kapaciteto 60 kWh napolniti v desetih minutah, potrebujete polnilec električnih vozil s polnilno močjo 360 kW. Trenutno torej ni omejena moč baterije, temveč infrastruktura za polnjenje električnih vozil.

Pri pametnih telefonih se zmogljivost baterije občutno zmanjša po dveh ali treh letih pogoste uporabe. Kako dolga je življenjska doba baterije električnega vozila?

Baterije so zelo različne in pametni telefoni so pravzaprav zasnovani tako, da jih je treba zamenjati po treh letih. V električnem vozilu je sistem za nadzor baterije veliko bolj inteligenten, baterija pa je pred pregrevanjem in drugimi škodljivimi vplivi zaščitena na številne načine, kot je na primer inteligentno upravljanje polnjenja.

Študije z novejšimi vozili kažejo, da je običajno po petih letih še vedno na voljo 95 odstotkov preostale kapacitete baterije. Pogonska baterija v električnem vozilu je zasnovana tako, da opravi 2000 polnih ciklov. Če v izračunu uporabimo doseg 500 kilometrov, to pomeni zmogljivost enega milijona kilometrov.

Po teh 2000 polnih ciklih baterija doseže prag 80 odstotkov preostale zmogljivosti, kar velja za konec življenjske dobe baterije v avtomobilu. Vendar baterija takrat še zdaleč ni pokvarjena in lahko še deset let dobro opravlja svoje delo v drugih uporabah, na primer v stacionarnem sistemu za shranjevanje energije fotovoltaičnih ali vetrnih elektrarn.

Po vsem svetu se gradijo gigatovarne za proizvodnjo baterij. Bo v prihodnjih desetletjih dovolj surovin za proizvodnjo baterijskih celic?

Trenutno je surovin dovolj. Vendar pa proizvodne zmogljivosti še niso prilagojene hitro naraščajočemu povpraševanju, tako da na nekaterih področjih lahko prihaja do ozkih grl. Raziskovalci skušamo to stanje popraviti tako, da na primer iz novih baterij popolnoma izločimo kobalt in da bomo v prihodnosti litij delno nadomestili z natrijem. To je nekaj, kar bo bistveno zmanjšalo morebitno pomanjkanje surovin.

V Nemčiji trenutno načrtujejo enajst gigatovarn za proizvodnjo baterij, kar je brez primere. To je velik potencial, da bomo stvari naredili prav. Ključno vprašanje je, ali bodo te gigatovarne proizvajale samo celice ali bodo pokrile celoten sistem.

Kako pomembno je v tem kontekstu recikliranje rabljenih baterij?

Zelo pomembno. Ocenjuje se, da bo okoli leta 2034 polovica potrebnih surovin prišla iz recikliranih virov. Trenutno je v Evropi 38 tovarn za recikliranje baterij, ki razvijajo nove procese in širijo svoje zmogljivosti. Ko bo treba sredi naslednjega desetletja reciklirati velike količine baterij za električna vozila, morajo biti pripravljene na to.

Baterija predstavlja velik del stroškov električnega vozila. Kaj se mora zgoditi, da se ti stroški znižajo?

Za ta namen je treba uporabiti cenejše materiale, to so surovine, ki so običajne, ki se pojavljajo po vsem svetu in jih je mogoče rudariti brez kritik. Poleg tega morajo proizvajalci razviti nove postopke za varčevanje z energijo in časom.

Poleg prehoda na bolj trajnostne materiale je megatrend v proizvodnji baterij tudi zniževanje stroškov. Načela 'manj prostora, manj energije, manj časa' lahko veljajo povsod. V razvoju baterij se danes veliko dogaja in to hitreje, kot si včasih mislite. Razvoj baterij je trenutno izjemno vznemirljiv.