Pomysły z PW podbijają świat baterii

Ile razy słyszeliście, że polscy naukowcy tworzą publikacje i otrzymują patenty, o których wie tylko wąskie grono specjalistów? Zespół z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej pokazuje, że rodzime rozwiązania mogą być przełomowe, zauważane na arenie międzynarodowej i wprowadzane na rynek.

Nasi naukowcy opracowali pierwszą w Europie i drugą na świecie sól do ogniw litowo-jonowych, która została wdrożona do produkcji na skalę przemysłową. W 2018 roku pomysł wprowadziła francuska firma Arkema. Pierwsze telefony i samochody zawierające efekt polskiej pracy są już w sprzedaży.

Długowieczny i bezpieczny elektrolit

– Nasza sól nawet trzykrotnie wydłuża życie baterii i zawiera od 4 do 8 razy mniej fluoru, co ułatwia i zwiększa odzysk materiałów w czasie recyklingu – wyjaśnia prof. Leszek Niedzicki z Wydziału Chemicznego.

Na tym nie koniec zalet rozwiązania. Pozwala ono realnie zmniejszyć koszty produkcji. Po pierwsze dlatego, że można uzyskać te same parametry funkcjonalne przy użyciu mniejszej ilości soli (i to do trzech razy w porównaniu z tą dotąd używaną). Po drugie, nie wymaga ona tak sterylnych (a przez to drogich) warunków wytwarzania.

– Na obudowach sprzętu elektronicznego widzimy często zakazy zostawiania go na słońcu czy obok grzejnika – to ze względu na ograniczoną wytrzymałość termiczną baterii – opowiada prof. Niedzicki. – A nasz wynalazek zapewnia odporność na wysokie temperatury. Dotychczasowa sól nie jest też kompatybilna z większością nowych elektrod, a nasza z nimi działa.

Nowy elektrolit jest wykorzystywany w pracach nad europejskim standardem baterii, czyli formułą, według której fabryki w Unii Europejskiej mają wytwarzać baterie do magazynów energii i samochodów.

– Standard ten powstaje w ramach europejskiego konsorcjum BIG-MAP, do którego zostaliśmy zaproszeni jako jedyni z Europy Wschodniej – zaznacza prof. Władysław Wieczorek, Dziekan Wydziału Chemicznego i szef zespołu zajmującego się bateriami.

Nowe baterie i nowe materiały

Poza elektrolitem wprowadzonym przez Arkemę grupa z Wydziału Chemicznego ma na też swoim koncie inne sukcesy i międzynarodowe współprace.

– Rozwijamy projekty z bateriami stałymi, bez składników ciekłych – opowiada prof. Niedzicki. – Świetnie sprawdzą się szczególnie w samochodach elektrycznych. W razie wypadku nic z takiej baterii nie wycieknie ani się nie zapali, dzięki czemu unikamy zagrożenia dla pasażerów pojazdu i środowiska.

Pomysł ten jest rozwijany w ramach projektu europejskiego ASTRABAT. Inny europejski projekt – DESTINY – owocuje pracami nad bateriami bez fluoru i metali rzadko występujących na Ziemi.

– Dzięki pozbyciu się fluoru baterie będą bezpieczniejsze w produkcji i użytkowaniu, a potem łatwiejsze w recyklingu i przyjaźniejsze dla środowiska – tłumaczy prof. Niedzicki. – Produkcja z użyciem metali powszechnie występujących (np. żelaza) zamiast rzadkich (kobaltu czy niklu) będzie tańsza. Zmniejszy także problemy z dostawami i ograniczy uzależnienie od pojedynczych dostawców – w przypadku kobaltu to niestabilne Kongo, a niklu – Rosja.

Naukowcy z Wydziału Chemicznego są także twórcami rozwiązania, które umożliwi działanie baterii nawet w ekstremalnych sytuacjach.

– Opracowaliśmy technologię elektrolitów, dzięki którym baterie mogą działać w warunkach polarniczych, wysokogórskich i w sprzęcie kosmicznym – mówi prof. Niedzicki. – Zwykłe baterie zachowują swoje właściwości do -20°C, a poniżej tej temperatury tracą pojemność lub przestają pracować. Baterie opracowane przez dr Martę Kasprzyk z naszego zespołu wytrzymują nawet -80°C.

Ostatnio w ramach współpracy ze słoweńskim National Institute of Chemistry naukowcy z PW zajmują się poprawą właściwości ogniw nowej generacji, metalowo-organicznych, wykorzystujących wapń i magnez zamiast litu. W planach mają zastosowanie dodatków do elektrolitów, najpierw komercyjnych, a potem własnych oraz opracowanie nowych organicznych materiałów katodowych. Cel jest jasny – zwiększenie wydajności baterii i uniezależnienie się do coraz mocniej eksploatowanych zasobów litu.

– Nasz zespół ma ponad 100 publikacji, które były do tej pory cytowane ponad 6 tys. razy, ponad 30 patentów, z czego 12 zagranicznych, wiele projektów, uczestniczymy w najważniejszych bateryjnych inicjatywach – wylicza prof. Wieczorek. – Mam nadzieję, że wkrótce do tej listy dołączy też polska fabryka produkująca baterie w technologii sodowo-jonowej.