Rzeszowska firma The Batteries stworzyła prawdziwy game changer! Ich naukowcy opracowali niezwykle tanią i energooszczędną metodę wytwarzania baterii cienkowarstwowych, których żywotność sięga ponad 54 lata, a czas ładowania od 0 do 100% wynosi ok. 8 minut!

Żyjemy obecnie w czasach prężnie rozwijających się technologii i koncepcji Internetu Rzeczy (IoT). Nawet jeśli tego na co dzień nie odczuwamy, to coraz częściej zdarza nam się z tym spotkać. Ilość i tempo w jakim powstają inteligentne rzeczy codziennego użytku, oraz digitalizacja sektorów, do tej pory analogowych, jest bardzo szybkie, a wszystkie te elektroniczne urządzenia mobilne i bezprzewodowe potrzebują energii do zasilania. Od ponad 25 lat do jej magazynowania wykorzystywano baterie litowo-jonowe, które pomimo wysokiej pojemności oraz jednoczesnym zachowaniu niewielkich rozmiarów i wagi, posiadają kluczowe problemy takie jak wyrzucanie gorących oparów elektrolitu przy wysokich temperaturach lub napięciach, co grozi niekontrolowanym wybuchem. Przykładem może być choćby nie tak dawne problemy z flagowym smartfonem Galaxy Note 7 firmy Samsung, gdzie źle zaprojektowana bateria doprowadziła do wielu nieszczęść i była do tego stopnia niebezpieczna, że w pewnym momencie zabroniono wnoszenia ich na pokłady samolotów.¹

Między innymi dlatego też wyczekiwano nowych rodzajów i technologii magazynowania dużej ilości energii przy jednoczesnych małych gabarytach i szybkim tempie ładowania. Udało się to międzynarodowy zespół z The Batteries, którzy opracowali i opatentowali (spółka posiada patent jako jedyny właściciel, pomysłodawca jest Rosjaninem, na podstawie patentu technologia była rozwijana i testowana) efektywne i tanie wytwarzanie akumulatorów cienkowarstwowych przy użyciu odparowywania próżniowego wzmocnionego plazmą o wysokiej gęstości. Na razie pracują nad bateriami do czujników, smartwatchy, przenośnych urządzeń medycznych, dronów, a z czasem również smartfony. Dotychczas powszechnie stosowanym procesem produkcyjnym do osadzania warstwy katody i elektrolitu w bateriach cienkowarstwowych było napylanie magnetronowe. Polega to na bombardowaniu celu wiązką jonów, która sterowana jest polem magnetycznym. Mimo, iż technologia ta zapewnia wysoką jakość materiału, jest kosztowna, wymaga dużego zużycia energii i w trakcie procesu produkcyjnego napotyka szereg problemów. Na przykład jednym z nich było przygotowanie twardego i ogniotrwałego materiału LiCoO2, z którego wykonane są katody. Technologia The Batteries zastąpiła go proszkiem co znacznie obniżyło koszt produkcji i uczyniło ich pierwszymi na świecie, tworzącymi baterie cienkowarstwowe w tak energooszczędny sposób.²

Tradycyjne baterie litowo-jonowe lub litowo-polimerowe wykonane są z “bryły” prasowanych proszków ze spoiwami lub dodatkami, która nie jest jednorodna ale pozwala na scalenie i utrzymania głównego materiału, a to znacznie zmniejsza gęstość energetyczną akumulatora. Natomiast technologia cienkowarstwowa pozwala osadzać materiał w postaci krystalicznej, eliminując wszelkie, dodatkowe związki chemiczne. Dzięki temu gęstość energetyczna takiego elementu jest prawie podwojona, sięgając 1200 Wh/l. Akumulatory półprzewodnikowe, gdzie elektrolity są w stanie stałym, cechują się mniejszą reaktywnością niż płyny lub żele, co znacznie wydłuża ich działanie, oraz co najważniejsze, nie wybuchają ani nie zapalają się, jeśli zostaną uszkodzone lub posiadają wady produkcyjne. Ponadto posiadają one o wiele większą ilość cykli ładowania, sięgając 10 000 – 25 000 razy, gdzie przykładowo średnia ilość cykli standardowego akumulatora Li-ion w naszym smartfonie to około 2000 cykli ładowania. Zakładając, że nasze urządzenie wyposażone w tę innowacyjną baterię podłączalibyśmy do ładowarki raz dziennie, to jej żywotność wynosiłaby ponad 68 lat, a to jeszcze nie koniec zalet. Naukowcy z The Batteries zapewniają, iż czas ładowania wynosiłby zaledwie 8 minut od 0 do 100%, i w dodatku są w stanie wytrzymać duży zakres temperatur: od -40⁰C (z pewnym spadkiem pojemności) aż do 170⁰C. Co więcej, specjalny proces produkcyjny jest w stanie zapewnić wytrzymałość na skokowy wzrost temperatury do 280⁰C, co pozwala na drukowanie w procesie SMD (ang. Surface Mounted Device) lub lutowanie w procesie rozpływowym. Technologia ta umożliwia również tworzenie baterii pod konkretne rozwiązania o dowolnym kształcie i wymiarze pozwalając na tworzenie ultracienkich i giętkich ogniw.^{2 3}

Firma obecnie jest na etapie tworzenia fabryki pilotażowej pod Rzeszowem gdzie składane są komponenty kupowane na całym świecie. Ma posiadać wydajność ponad 1MW rocznie, co pozwoli na produkowanie kilkudziesięciu tysięcy sztuk baterii rocznie.⁴

ADNOTACJA: Z uwagi na dużą liczbę pytań, wpis został zaktualizowany.