Nowa bateria Toshiby z tytanem to przełom. Do 80 proc. ładuje się w 5 min
Toshiba właśnie rozpoczęła wysyłkę pierwszych próbnych ogniw nowej baterii SCiB-Nb. To krok w stronę rynkowego wprowadzenia technologii litowo-jonowej zupełnie nowej generacji. Japońscy inżynierowie postawili na anodę z tlenku niobu i tytanu, znanego w branży jako NTO, zamiast tradycyjnego grafitu.
W skrócie
- Nowa bateria Toshiby SCiB-Nb wykorzystuje anodę z tlenku niobu i tytanu zamiast grafitu, co ma być przełomem w technologii litowo-jonowej.
- Ogniwo zapewnia szybkie ładowanie do 80 procent w pięć minut oraz wyjątkowo długą żywotność, nawet do 15 tysięcy cykli ładowania.
- Głównym wyzwaniem pozostają koszty produkcji i zależność od niobu, którego światowe zasoby są skoncentrowane głównie w Brazylii.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Nowa bateria ma łączyć zalety dwóch dotychczas trudnych do pogodzenia cech. Z jednej strony oferuje szybkie ładowanie i ogromną żywotność znaną z ogniw litowo-tytanowych, z drugiej osiąga znacznie wyższą gęstość energii. Technologia ma szczególne znaczenie dla pojazdów użytkowych, autobusów oraz innych aut elektrycznych intensywnie eksploatowanych każdego dnia.
Nowe baterie Toshiby SCiB-Nb
Większość obecnie stosowanych baterii litowo-jonowych wykorzystuje grafit jako materiał anody. Dotyczy to zarówno akumulatorów z katodami niklowo-manganowo-kobaltowymi, znanych pod skrótem NMC, jak i coraz popularniejszych ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych, czyli LFP.
Grafit zapewnia wysoką gęstość energii, ale przy bardzo wysokich mocach ładowania trafia na fizyczne ograniczenia. Podczas szybkiego ładowania mogą tworzyć się metaliczne osady litu na powierzchni anody. To zjawisko przyspiesza starzenie się ogniwa i z czasem zwiększa ryzyko wewnętrznych zwarć.
W akumulatorach Toshiby, dzięki zastosowaniu tlenku niobu i tytanu, praktycznie całkowicie znika ryzyko powstawania takich osadów. Bateria może dzięki temu zachować pełną sprawność przez wiele lat, nawet przy częstym ładowaniu szybkim prądem.
Ładowanie baterii SCiB-Nb
Najważniejszą cechą nowej baterii jest jej zdolność do błyskawicznego ładowania. Toshiba podaje dla ogniw SCiB-Nb parametr 5C, co w praktyce oznacza naładowanie do 80 procent pojemności w zaledwie dziesięć minut.
Jeszcze bardziej imponująco wypada żywotność tych ogniw. Nawet przy regularnym szybkim ładowaniu bateria ma wytrzymać około 15 tysięcy cykli ładowania. Dla porównania, nowoczesne baterie samochodów elektrycznych oparte na grafice są zwykle projektowane na 1,5 do 3 tys. pełnych cykli. Wysokiej jakości systemy LFP osiągają czasem 5 tys. do 8 tys. cykli. Standardowa żywotność wystarcza zwykle na całe życie samochodu osobowego.
Bateria Toshiby otwiera więc zupełnie nowe możliwości. Tak duża liczba cykli ma szczególne znaczenie dla pojazdów użytkowych, autobusów oraz stacjonarnych magazynów energii.
Gęstość energii na poziomie LFP
Wadą wcześniejszych baterii powstałych szybkiego ładowania opartych na tytanianie litu (LTO) była ich stosunkowo niska gęstość energii. Toshiba od lat oferuje ogniwa SCiB z anodą LTO, znane przede wszystkim ze swojej trwałości, ale właśnie ze względu na niską gęstość nie zyskały popularności w samochodach osobowych.
Nowa bateria typu SCiB-Nb rozwiązuje ten problem. Według Toshiby technologia NTO osiąga gęstość energii 350 watogodzin na litr objętości oraz 130 watogodzin na kilogram masy. Wartości te wciąż są niższe od najlepszych baterii NMC, ale dorównują wielu współczesnym ogniwom LFP.
Co istotne, korzyści w postaci ekstremalnie szybkiego ładowania i niezwykłej trwałości pozostają zachowane. Toshiba podkreśla, że nowa technologia oferuje około trzykrotnie wyższą gęstość energii w porównaniu z dotychczasowymi ogniwami LTO tej samej firmy.
Autobusy i pojazdy użytkowe to główny rynek
Toshiba widzi największe szanse rynkowe dla swojej nowej baterii w segmencie pojazdów elektrycznych do zastosowań komercyjnych.
Autobus miejski mógłby być doładowywany podczas krótkich postojów na pętlach. Pozwoliłoby to zmniejszyć potrzebną pojemność akumulatora, co bezpośrednio przekłada się na niższą masę pojazdu i obniżenie kosztów. Jednocześnie operatorzy flot zyskują dzięki ogromnej trwałości baterii, co znacząco obniża całkowite koszty eksploatacji w długim okresie.
Technologia została już przetestowana poza laboratorium. Toshiba wraz z Volkswagen Truck & Bus Brasil zintegrowała ogniwa SCiB-Nb w prototypie elektrycznego autobusu. Pojazd jeździ na terenie zakładów brazylijskiej firmy wydobywczej. Celem testów jest zebranie rzeczywistych danych o zachowaniu baterii w warunkach rzeczywistej eksploatacji.
Zobacz również:
Niob jako strategiczny surowiec
Kluczową rolę w nowej technologii odgrywa niob. To metal, którego około 90 procent znanych światowych rezerw znajduje się w Brazylii. Kraj ten dysponuje szacunkowo 16 milionami ton tego surowca. Dotychczas niob był wykorzystywany głównie jako dodatek do stopów stali o wysokiej wytrzymałości. Poprawia odporność na korozję i stabilność w wysokich temperaturach, znajdując zastosowanie w silnikach lotniczych, rurociągach, turbinach wiatrowych i komponentach samochodowych.
Wyzwania przed baterią SCiB-Nb
Mimo obiecujących właściwości, baterie z niobem nie są na razie gotowe do wprowadzenia do szerszej produkcji. Koszty ich wytworzenia są obecnie wyższe od konwencjonalnych ogniw litowo-jonowych.
Drugim wyzwaniem jest zaopatrzenie w surowiec. Silna koncentracja światowej produkcji niobu w jednym kraju stworzyłaby nowe zależności. Toshiba argumentuje, że wyjątkowo długa żywotność baterii częściowo rekompensuje wyższe zużycie materiałów. Jeśli jeden akumulator przetrwa kilka pojazdów, zużycie surowców w przeliczeniu na przejechany kilometr bardzo spadnie.
