Nowa generacja samochodów elektrycznych?

Zespół Toyoty opracowuje prototyp baterii - zamiast litu, magnez

Lekkie i wydajne baterie litowo-jonowe pozwoliły producentom samochodów na stworzenie elektrycznych i hybrydowych pojazdów o dużym przyspieszaniu i zadowalającej wytrzymałości. Jednak lit jest dość kosztownym materiałem - w Nissan Leaf wartość takiego akumulatora to 12.000 dolarów – dlatego też pojazdy elektryczne wciąż nie cieszą się dużą popularnością. Niewielkie zainteresowanie to także skutek ograniczonej wytrzymałością akumulatora, w idealnych warunkach bateria wyczerpuje się po ok. 222 km(138mil).

Zespół Toyoty opracowuje prototyp baterii, która zamiast litu, będzie używać magnez, co pozwoli na otrzymanie baterii tańszej i bardziej wydajnej.

Niedawno naukowcy z Instytutu Badań Toyoty w Ameryce Północnej (TRINA) w Michigan opublikowali  w czasopiśmie Chemical Communications artykuł opisujący eksperymenty z udziałem baterii jonowo-magnezowej. Choć wykorzystano ten sam typ elektrolitów, stosowany w akumulatorach litowo-jonowych, nowością jest inny rodzaj anody, wykonanej z cyny.

Testy potwierdziły obiecującą wydajność, i otworzyły także drogę do dalszych badań - mówi Nikhilendra Singh, główny autor pracy - W tych bateriach drzemie ogromny potencjał. Konieczne są pewne poprawki, o których pisaliśmy już w artykule. Jednak generalnie, podchodzimy jesteśmy pełni optymizmu.

Magnez to pierwiastek, który często występuje w przyrodzie, zatem spodziewana cena baterii magnezowo-jonowe będzie na pewno niższa. Takie baterie powinny charakteryzować się także większą pojemnością ze względu na jony magnezu, które są bardziej efektywne niż jony litu, co skutecznie zwiększa czas użytkowania pojazdu. Jednak na razie badania chemiczne nad baterią magnezowo-jonową muszą być kontynuowane, aby otrzymać potwierdzone rezultaty.

Prowadzimy równolegle dwa typy badań -wyjaśnia Yuyan Shao, starszy pracownik naukowy w Pacific Northwest National Laboratory – Z jednej strony pracujemy nad baterią z magnezową anodą. Ten typ anody jest bardzo wydajny przy ładowaniu, nie współgra jednak z konwencjonalnymi elektrolitami. Wiem, że aby rozwiązać ten problem, niektórzy naukowcy poszukują nowych elektrolitów.

Innym potencjalnym rozwiązaniem jest znalezienie jeszcze innego rodzaju anody, który będzie działać ze znanym, konwencjonalnymi elektrolitami. Choć wcześniejsze prace w tym kierunku nie dały zadowalających rezultatów, przedstawiciele Toyoty uważają, że warto kontynuować badania, w szczególności takie mające na celu opracowanie specjalnej katody.

Środowisko akademickie wspólnie z przemysłowym pracują nad poprawą wydajności baterii oraz obniżeniem kosztów materiałów, dzięki rozwijaniu technologii litowo-jonowej lub innych np. powietrzno-litowej.

Inną firmą, która równie aktywnie bada właściwości baterii magnezowo-jonowych jest Technologies Pellion. Wykorzystuje ona komputerowy skan do błyskawicznego badania wydajności materiałów aktywnych w akumulatorach magnezowo-jonowych. Jednak przedstawiciel Pellion odmówili komentarza na temat równoległych prac firmy Toyota.

W latach '70 i '80 ubiegłego wieku, badacze pracowali nad bateriami litowo-jonowymi z litową anodą metalu ( z użyciem np. magnezu), co pomogłoby uzyskać wyższe napięcie, a tym samym lepszą gęstość energii. Tamte badania, analizujące różne materiały do stworzenia anody, utorowały drogę dla dzisiejszej branży akumulatorów litowo-jonowych - mówi Venkat Srinivasan, kierownik i pracownik naukowy przy  Lawrence Berkeley Laboratory's Batteries for Advanced Transportation Technologies program.

Badacze Toyoty będą zatem równolegle kontynuować oba badania. Być może już wkrótce baterie magnezowe będą głównymi, stosowanymi akumulatorami w elektronice, a następnie w samochodach i powtórzą drogę i sukces tych litowo-jonowych.

Znaczenie opublikowanego dokumentu Toyoty będzie odczuwalne głównie w środowisku naukowym mówi Srinivasan. Komercjalizacja baterii magnezowych to na razie przyszłość. Gdy dokonuje się przełomu, czyli dobraną anodę, katodę i elektrolit, to już w ciągu 5 lat można osiągnąć etap komercjalizacji. My jednak wciąż nie wiemy co dalej z tym magnesem - mówi.

(ma)