Akumulatory będą tańsze, ale nie pojemniejsze

Powolny rozwój technologii chemicznych źródeł energii elektrycznej staje się powoli problemem dla rynku energii odnawialnej i e-motoryzacji i można się zastanawiać, czy wielkie inwestycje w fabryki ogniw, jak chociażby powstający zakład LG Chem we Wrocławiu, będą szansą na jakiś wyczekiwany przełom.

Akurat w tym roku mija 25 lat od momentu, gdy firma Sony pokazała pierwszy na rynku akumulator litowo-jonowy. Ćwierć wieku w technice to cała epoka. Tyle czasu trzeba było, aby ogniwa te stały się podstawowym źródłem energii dla elektroniki konsumenckiej i sprzętu mobilnego, ale nadal są zbyt drogie, aby powszechnie korzystano z nich w aplikacjach zasilania gwarantowanego. Lata lecą, a tam cały czas podstawą jest akumulator kwasowo-ołowiowy.

Dla każdego użytkownika urządzenia mobilnego akumulator ma zawsze za małą pojemność, a codzienne ładowanie telefonu komórkowego stało się dla wielu z nas rutyną taką samą jak mycie zębów. Im więcej bezprzewodowości i mobilności, tym niestety więcej ładowania i pilnowania, aby mieć zasilanie. Dlatego pojemność wbudowanego akumulatora staje się istotnym czynnikiem selekcji produktów. Stąd zwykle nowe pojawiające się na rynku wersje dają z reguły odrobinę więcej watogodzin.

Niemniej wystarczy zajrzeć do środka obudowy, aby przekonać się, że ten wzrost pojemności ogniw wynika najczęściej z miniaturyzacji elektroniki, bo z każdą kolejną generacją płytka drukowana zajmuje coraz mniej miejsca w obudowie, a akumulator zawsze ściśle wypełnia całą dostępną przestrzeń. To wciskanie ogniw na siłę czasem srogo potrafi się zemścić, czego przykładem są głośne problemy Samsunga ze smartfonem Note 7, gdyż zwiększa się ryzyko eksplozji przy uszkodzeniu mechanicznym na skutek upadku lub deformacji obudowy poprzez jej wyginanie. Zaawansowana miniaturyzacja tworzy też problemy z przegrzewaniem się ogniw od blisko umieszczonych chipów.

W ciągu 25 lat gęstość energii elektrycznej w ogniwach li-ion zwiększała się średnio od 3 do 4% rocznie, a więc łącznie wzrosła 2,5-krotnie. Najnowsze technologie zapewniają mniej więcej 600 Wh/l. To nadal jest za mało, aby zanotować przełom. Ceny akumulatorów tego typu przez długi czas były relatywnie wysokie, dopiero w ostatnich 5-7 latach da się zaobserwować większą dynamikę spadku. Ich cena wynosząca 900 dolarów za kWh w 2010 roku obecnie obniżyła się do ok. 300 dolarów, a duzi producenci samochodów elektrycznych, tacy jak Tesla lub GM, kupują ogniwa po 150 dolarów. za kWh. To już niewątpliwie sporo taniej i należy oczekiwać, że szybko rosnący rynek pojazdów elektrycznych da kolejne impulsy do obniżek.

Wysokiej jakości laptop z 2010 roku miał akumulator o pojemności ok. 60 Wh i ważył 2 kg. Aktualnie porównywalny model jest trochę lżejszy (1,6 kg), kilkaset procent szybszy i ma akumulator 40 Wh, który starcza mu na mniej więcej 40% dłuższą pracę. Przykład ten dobrze ilustruje postęp w technologii półprzewodnikowej, ale jednocześnie trudno prognozować, który z czynników zapewniających długie działanie przy zasilaniu bateryjnym okaże się motorem postępu. Jak pokazują podane przykłady, na razie jest to rozwój technologii półprzewodnikowej w kierunku miniaturyzacji i niskiego poboru mocy, ale niewykluczone, że gęstość mocy w ogniwach z czasem też wzrośnie.

Pewne jest, że już za kilka lat ogniwa litowo-jonowe będą znacznie tańsze i mają szansę na wyrzucenie na margines akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Akumulator przyszłości nie będzie zatem miał rewolucyjnie dużej pojemności, ale za to będzie wyjątkowo tani.

Robert Magdziak