Czy Toyota wygra wyścig o baterie nowej generacji?

Technologia baterii ze stałym elektrolitem może okazać się przełomem dla branży motoryzacyjnej. Który ze światowych gigantów ma największe szanse na zaoferowanie przełomowej technologii największej liczbie klientów i dlaczego jest to Toyota?
 

Baterie ze stałym elektrolitem do zelektryfikowanych samochodów mają zastąpić akumulatory litowo-jonowe, które obecnie są stosowane przez niemal wszystkich producentów. Z punktu widzenia użytkownika zmiana będzie tylko na plus – uzupełnienie energii ma zajmować mniej czasu (mówi się o nawet kilku minutach do 80% pojemności), a zasięg pojazdów się wydłuży. Większa gęstość baterii oznacza, że można upakować w nich więcej energii przy tej samej objętości albo oferować mniejsze i tańsze baterie o zasięgu zbliżonym do tych stosowanych obecnie. A do tego, sam proces ładowania powoduje mniejsze nagrzewanie się układu, co czyni ten proces efektywniejszym i bezpieczniejszym.

Toyota planuje premierę prototypowego samochodu z akumulatorem ze stałym elektrolitem jeszcze w tym roku, a w kolejnych latach zaprezentuje produkcyjną wersję. W wyścigu o prezentację pierwszego auta z tego typu bateriami biorą udział też inni producenci, choć to Japończycy wydają się być na czele tej sztafety. Jak wygląda układ sił? Volkswagen zainwestował we wspierany przez Billa Gatesa start-up Quantum Space, Ford i BMW wpompowały środki w firmę Solid Power, chińskie Nio planuje wypuścić na rynek już w 2022 roku sedana z takim zasilaniem o zasięgu 1000 km, a koreański Hyundai masową produkcję takich aut planuje rozpocząć do 2030 roku. Wypuszczenie modeli z bateriami ze stałym elektrolitem przed 2030 rokiem zaplanowały też Honda i Nissan. Z kolei Tesla, uważana za lidera sektora pojazdów elektrycznych, w tym temacie milczy, choć prezes firmy, Elon Musk, przyznawał, że obawia się wyczerpania złóż niklu, niezbędnego do produkcji obecnie stosowanych akumulatorów.

Atuty po stronie Toyoty

Dlaczego Toyota uważana jest za kandydata na lidera rynku aut z bateriami ze stałym elektrolitem? Koncern ma za sobą rządowe wsparcie, bo Japonia nie chce stracić pozycji lidera w dziedzinie nowych baterii, tak jak stało się to z akumulatorami litowo-jonowymi, gdzie obecnie aż 70% rynku przejęły firmy z Chin i Korei Południowej. Ten aspekt traktowany jest bardzo poważnie. Została powołana w tym celu agencja NEDO, której przewodzi laureat Nagrody Nobla Akira Yoshino, a jej zadaniem jest wsparcie finansowe i intelektualne japońskich koncernów motoryzacyjnych, firm chemicznych i uniwersytetów pracujących nad akumulatorami ze stałym elektrolitem.

Kolejna przewaga Toyoty to ponad dekada prac nad bateriami ze stałym elektrolitem i niesamowita liczba zgłoszeń patentowych. W latach 2014–2018 żaden inny podmiot nie złożył ich więcej od japońskiego koncernu. Co więcej, w 2020 roku Toyota wraz z firmą Panasonic, jednym z liderów w produkcji akumulatorów trakcyjnych do samochodów elektrycznych, powołała do życia spółkę Prime Planet Energy & Solutions, która pracuje nad rozwojem baterii, w tym takich ze stałym elektrolitem. „Przewagą Toyoty będzie to, że prowadzi wewnętrzne badania nad tego typu bateriami i prawdopodobnie ma już pomysł, jak mógłby wyglądać łańcuch dostaw” – uważa Christoph Neef z Towarzystwa Fraunhofera Wspierania Badań Stosowanych.

Jak uruchomić produkcję masową, czyli wyzwania technologiczne

Japonia ma największy na świecie rynek zelektryfikowanych samochodów, ale tylko 2% stanowią auta w pełni elektryczne. Do tego liczba zgłaszanych patentów przez Japończyków nie przełożyła się na duży rynek wewnętrzny. A to musi się zmienić, jeśli kraj ma być światowym liderem w nowej technologii baterii. Tym bardziej że producenci z Chin już depczą im po piętach.

Jednym z największych wyzwań stojących przed producentami takich baterii jest sam ich proces powstawania, ze względu na trudność w zapewnieniu wystarczającego kontaktu między stałymi elektrolitami a elektrodami dodatnimi i ujemnymi. W konwencjonalnej baterii nie jest to problem, bo ciekły roztwór elektrolityczny wypełnia szczelinę między elektrodami. Wielu fachowców uważa, że ręczna produkcja jest gwarancją odpowiedniej jakości. „Nikt jeszcze nie był w stanie osiągnąć takiej techniki produkcji, która sprosta oczekiwaniom branży motoryzacyjnej. A to oznacza, że jeszcze nie została znaleziona najlepsza kombinacja materiałów i komponentów” – mówi Sam Abuelsamid, analityk Guidehouse Insights. I dodaje, że komercjalizacji tej technologii spodziewa się około 2030 roku.

„Techniczne wyzwania ciągle są duże. Pracujemy obecnie nad materiałami, które spełnią wymagania pod kątem bezpieczeństwa oraz wytrzymałości” – mówi Masahiko Maeda, szef ds. technologii w Toyocie.

„Rynek oczekuje od Toyoty jasnej deklaracji, że wprowadzi do sprzedaży samochody elektryczne zasilane bateriami ze stałym elektrolitem” – przekonuje Seiji Sugiura, analityk Tokai Tokyo Research Institute. Sugiura odniósł się w ten sposób do zapowiedzi japońskiego koncernu, który planuje, że do 2030 roku 30% gamy będą stanowiły auta elektryczne na baterie oraz zasilane wodorowymi ogniwami paliwowymi, co wielu uważa za mało ambitny cel. Podobnie jak sprzedaż ośmiu milionów aut elektrycznych.

Sugiura pokazuje jednak drugą stronę medalu. „Rywale Toyoty z USA i Europy szybko wypuszczają kolejne elektryczne modele. Strategia Toyoty daje jej trochę czasu na rozwój i przygotowanie masowej produkcji baterii ze stałym elektrolitem. A to na przełom w związku z tą technologią czekamy” – mówi, sugerując, że Toyota najprawdopodobniej obrała właściwy kurs.