Baterija s čvrstim elektrolitom

Baterija s čvrstim elektrolitom vrsta je punjive ćelije u kojoj je tekući elektrolit, kakav se nalazi u uobičajenoj litij-ionskoj bateriji, zamijenjen čvrstim materijalom. Elektrolit je sredina kroz koju litijevi ioni putuju između dviju elektroda dok se ćelija puni i prazni, a u današnjim baterijama riječ je o zapaljivoj tekućini ili gelu. Zamjena tog elektrolita čvrstom tvari, bilo keramikom, staklom ili posebnim polimerom, naširoko se smatra jednim od najobećavajućih putova prema sljedećoj generaciji baterija za električne automobile, jer već jednom promjenom arhitekture nudi izgled na veći domet, brže punjenje i veću sigurnost.

Privlačnost prelaska na čvrsti elektrolit dijelom proizlazi iz onoga što sam čvrsti elektrolit čini, a dijelom iz onoga što omogućuje. Čvrsti elektrolit ne gori, ne curi i daleko bolje podnosi toplinu, čime se uklanja najopasniji način otkazivanja litij-ionskih ćelija, takozvani toplinski bijeg, te se smanjuje potreba za glomaznim hlađenjem i zaštitom. Ključno je da dovoljno čvrst materijal može poslužiti kao prepreka metalnim šiljcima, poznatima kao dendriti, koji rastu unutar ćelija i uzrokuju kratke spojeve. Upravo bi ta prepreka mogla naposljetku omogućiti uporabu anode od čistoga litijevog metala umjesto današnjeg grafita, što je promjena koja u isti prostor smješta znatno više energije.

Ta veća gustoća energije glavno je obećanje. Ćelija s anodom od litijevog metala iza čvrstog elektrolita mogla bi pohraniti bitno više energije za istu masu i obujam, što se za električne automobile pretvara u veći domet ili, obratno, u isti domet iz manjeg, lakšeg i jeftinijeg baterijskog sklopa. Čvrsti elektroliti načelno mogu i bolje od tekućih podnositi visoke struje vrlo brzog punjenja, čime se otvara mogućnost vremena punjenja mjerenog u minutama umjesto u desecima minuta, dok ugrađena sigurnosna pričuva inženjerima dopušta da ćelije slože gušće.

Poteškoća je u tome da se ta obećanja pretvore u nešto što se može proizvesti u milijunskim količinama. Izrada čvrstog elektrolita koji litijeve ione vodi jednako lako kao tekućina, uz savršen dodir s elektrodama koje se sa svakim ciklusom punjenja šire i stežu, pokazala se iznimno teškom. Održavanje tog prisnog dodira tijekom tisuća ciklusa, pouzdano suzbijanje dendrita te postizanje svega toga uz cijenu i u obujmu prikladnom za pristupačne automobile silni su proizvodni izazovi. Stoga tehnologija ostaje uglavnom u pretproizvodnoj fazi, predmet intenzivnih istraživanja i pilot-linija, ali još ne i serijskih automobila, s rokovima koji su se opetovano pomicali.

Bateriju s čvrstim elektrolitom najbolje je shvatiti kao mogućeg nasljednika litij-ionske baterije koja danas pokreće električne automobile, uključujući njezine uobičajene kemije NMC i LFP. Dok one opisuju materijale elektroda, oznaka čvrstog elektrolita opisuje elektrolit između njih, a glavni razlog zašto tehnologija privlači toliko pozornosti jest njezina sposobnost da podigne kapacitet baterije daleko iznad onoga što današnje kemije dopuštaju.