Hiszpania zyskała pierwszy wielkoformatowy, bezkobaltowy akumulator litowo-jonowy do pojazdów elektrycznych. Opracowany przez Kataloński Instytut Badań nad Energią (IREC) we współpracy z CIDETEC Energy Storage z Hiszpanii i innymi 17 europejskimi partnerami prototyp akumulatora jest wynikiem badań przeprowadzonych w ramach finansowanego ze środków UE projektu COBRA.
Eliminacja kobaltu
Najważniejszym osiągnięciem prototypu jest to, że w procesie jego produkcji nie użyto kobaltu. Kobalt jest kluczowym surowcem w akumulatorach litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych, ale jest wysoce toksyczny, szkodliwy dla środowiska i kosztowny, a jego ceny notorycznie się zmieniają z powodu zakłóceń w łańcuchu dostaw i czynników geopolitycznych. Wydobycie kobaltu budzi również obawy etyczne w związku z łamaniem praw człowieka i niebezpiecznymi warunkami pracy, zwłaszcza w Demokratycznej Republice Konga, która jest największym na świecie producentem kobaltu odpowiadającym za ponad 70% globalnego wydobycia.
Jordi Jacas, starszy badacz w IREC, Fot. IREC
„Kobalt sprawia, że akumulatory mają większą trwałość i szybsze cykle ładowania”— stwierdza starszy badacz Jordi Jacas z IREC, organizacji koordynującej projekt COBRA.
Jacas opisuje trudności w zastąpieniu tego „drogiego, toksycznego metalu zależnego od krajów afrykańskich” jako „bardzo duże” wyzwanie. Projekt COBRA skupia się na opracowaniu składu katody bez kobaltu, w ten sposób torując drogę dla przyszłych akumulatorów, które będą „w pełni konkurencyjne na poziomie rynkowym”.
Prototyp akumulatora — obecnie w fazie przedkomercyjnej — pod względem dojrzałości technologicznej jest oceniany między poziomami 5 i 6 poziomu gotowości technologicznej (TRL). Technologie o TRL 5 zostały zweryfikowane, a technologie o TRL 6 zademonstrowane w środowisku o znaczeniu przemysłowym. Poziom TRL 9 osiąga się, gdy technologia jest sprawdzona w środowisku operacyjnym.
Jak zauważa Iratxe de Meatza, liderka zespołu w CIDETEC Energy Storage, osiągnięcie projektu ułatwiło przejście „z laboratorium do ogniw półprzemysłowych” w zakresie bezkobaltowych materiałów katodowych. Takie przejście umożliwia analizę wydajności „w bardziej realistycznych warunkach” w celu poprawy „mocy ładowania i cykliczności” prototypu.
Większa przyjazność dla środowiska, bezpieczeństwo i wydajność
Badania przeprowadzone w celu optymalizacji poszczególnych komponentów akumulatora zaowocowały odkryciem nowych formuł elektrod wykorzystujących „krzem z recyklingu paneli fotowoltaicznych”. Sprawia to, że technologia prototypu jest zgodna z europejskimi celami w zakresie recyklingu i zrównoważonego rozwoju. Według szefa projektu w IREC, zespół już osiąga wskaźnik recyklingu „między 90 a 95% dla komponentów, które składają się na ogniwo”.
Jednocześnie partnerzy zwiększają poziom bezpieczeństwa całego łańcucha wartości poprzez ulepszanie komponentów, ogniw elektrochemicznych, systemów sterowania wyposażonych w czujniki oraz końcowego montażu zestawu akumulatora. Ponadto trwają prace nad integracją nowego systemu sterowania z bezprzewodową komunikacją, zaawansowanymi czujnikami i złożonymi algorytmami w celu poprawy bezpieczeństwa i wydajności akumulatora.
Oczekuje się, że prototyp akumulatora opracowany w ramach projektu COBRA (CObalt-free Batteries for FutuRe Automotive Applications) osiągnie poziom rynkowy w perspektywie średnioterminowej.
