Europejskie badania nad baterią przyszłości

Do 2050 r. Europa chce osiągnąć neutralność klimatyczną. Wie jednak, że nie będzie to możliwe bez ultrawydajnych, ultratrwałych i tanich w wielkoseryjnej produkcji akumulatorów. Ruszył projekt, dzięki któremu ma udać się je wynaleźć.

Polityka Zielonego Ładu, strategia unijnej gospodarki na najbliższe dekady, zakłada osiągnięcie przez społeczeństwo naszego kontynentu neutralności klimatycznej w perspektywie roku 2050. Realizacja tego planu będzie wymagać radykalnej zmiany sposobu, w jaki obecnie pozyskujemy, magazynujemy i użytkujemy energię elektryczną. Fundamentem tej transformacji – zarówno w

transporcie, energetyce, jak i przemyśle – muszą być baterie zdolne do kumulowania i oddawania energii na masową skalę przy minimalnych stratach. Dziś, w 2020 roku, nie istnieje jednak jeszcze technologia, która mogłaby w pełni sprostać tym wymaganiom. Ma się to zmienić dzięki zakrojonemu na szeroką skalę unijnemu projektowi „Battery 2030+”.


Założenia i cele projektu Battery 2030+

Unijny projekt badawczy „Battery 2030+” – logo; Fot. Battery 2030+

Ramowy plan działań w ramach projektu skupia się na trzech obszarach, dzięki którym możliwa ma stać się realizacja założonych celów.

„Battery 2030+” to długoterminowy projekt badawczy mający finalnie doprowadzić do wynalezienia akumulatorów, których parametry umożliwią realizację założeń polityki Zielonego Ładu. Od jego powodzenia zależy w dużej mierze to, na ile i jak szybko uda się do zera ograniczyć emisję gazów cieplarnianych na naszym kontynencie. Do najważniejszych celów inicjatywy należą:

  • wynalezienie ultrawydajnych, bezpiecznych, ekonomicznych i trwałych baterii, których wytwarzanie i eksploatacja będzie wpisywać się w założenia zrównoważonego rozwoju;
  • stworzenie narzędzi i technologii, które będą wspierać podmioty europejskiego rynku akumulatorów na każdym poziomie kreowania wartości;
  • zaaranżowanie sytuacji, w której europejskie przedsiębiorstwa będą w stanie zdobyć i utrzymać wiodącą w skali świata pozycje na już istniejących rynkach (jak transport i magazynowanie) oraz w rozwijających się branżach (robotyka, Internet rzeczy).
Unijny projekt badawczy „Battery 2030+” – mapa celów; Fot. Battery 2030+

Nowe materiały, integracja inteligentnych funkcji i zagadnienia interdyscyplinarne

Ekologiczne baterie przyszłości

W porównaniu z obecną sytuacją, globalny popyt na akumulatory ma w przeciągu 10 lat zwiększyć się niemal 10-krotnie. Jego zaspokojenie bez zwielokrotnienia cen baterii będzie wymagało zastosowania nowych, dostępnych łatwo i bez szkód dla środowiska materiałów opierających się w użytkowaniu procesom degradacji. Zadanie jest ambitne, dlatego też środki jego realizacji mają być nadzwyczajne. Inicjatorzy projektu proponują, by w procesie ogólnoeuropejskich badań wykorzystać sztuczną inteligencję. W zautomatyzowany sposób ma ona gromadzić dostarczane przez naukowców dane, poddawać je obróbce oraz wykorzystywać je do tworzenia nowych modeli i wskazywania kierunków dalszego rozwoju projektu. Bazując na osiągnięciach badaczy, AI (ang. Artificial Intelligence) projektu będzie analizować interakcje pomiędzy stosowanymi przez nich materiałami i interfejsami akumulatorów, by wyszukiwać dobrze rokujące rozwiązania, które w innym przypadku mogłyby zostać przeoczone.

W ramach kolejnego metapriorytetu kluczowe będzie zapewnienie długowieczności i bezpiecznej eksploatacji baterii. Równolegle rozwijane mają być tu czujniki monitorujące reakcje elektrochemiczne wewnątrz ogniw oraz mechanizmy samodzielnej naprawy pozwalające utrzymać wysoką wydajność w całym cyklu życia akumulatora. Takie inteligentne, zintegrowane informatycznie z systemami zarządzania typu BMS baterie służyłyby użytkownikom znacznie dłużej, co umożliwiłoby częściowe ograniczenie popytu i zmniejszenie ryzyka skokowego wzrostu cen.

Trzecim – po wspieranych przez AI pracach nad materiałami i interfejsami oraz integracji inteligentnych funkcji celem wydłużenia cyklu życia produktu – obszarem prac w ramach projektu „Battery 2030+” będą interdyscyplinarne dążenia do umożliwienia masowej produkcji i recyklingu wynalezionych technologii. Podobnie jak w przypadku 1. priorytetu i tu pomocne mają okazać się symulacje

i wirtualne modele sztucznej inteligencji, dzięki którym zredukowane zostaną koszty rzeczywistych wdrożeń. Do fizycznej realizacji będą w efekcie kwalifikowane tylko te rozwiązania, które będą się charakteryzować wysokim prawdopodobieństwem rynkowego sukcesu.

Ekologiczna energia przyszłości
Ekologiczna energia przyszłości

Redox? Li-Ion? Jakie będą baterie przyszłości?

Otwartą pozostaje kwestia technologii, która ma stać się następcą rozwiązań bazujących na wykorzystaniu soli litu. Autorzy dokumentu przedstawiającego założenia projektu „Battery 2030+” zastrzegają wręcz, że jego celem nie jest wynalezienie konkretnej reakcji chemicznej, ale raczej stworzenie narzędzi umożliwiających projektowanie i rozwój baterii różnego rodzaju. Czy będą to baterie litowo-jonowe, czy technologie nadbudowujące na wypracowanych przez nie rozwiązaniach, czy też coś zupełnie nowego – nie wiadomo. Jedno jest pewne: potrzebujemy akumulatorowej rewolucji, a „Battery 2030+” ma zapewnić środki konieczne do jej wywołania.