„Sensacja! Z tą nową technologią Toyota zmieni bieg historii. Elon Musk czy VW mogą tylko o tym pomarzyć. Diesel jest skończony” – głosi tytuł na WRC.net.pl. I jeszcze ten śródtytuł: „Dlaczego baterie półprzewodnikowe to rewolucja?”
No to przyjrzyjmy się tej rewolucji…
Podsumowanie zamiast wstępu
Autor WRC.net.pl nie ma pojęcia, o czym pisze, a niechlujne tłumaczenie sprawia, że czytelnicy portalu, którzy zechcą pochwalić się tą wiedzą, wyjdą na ignorantów. Twórca tekstu najwyraźniej nie ma też pojęcia o historii i ostatnich wydarzeniach, które mogły wpłynąć na doniesienia Nikkei.
Baterie solid-state miały zostać zupełnie oficjalnie zaprezentowane przez Toyotę już w 2020 roku przy okazji Igrzysk Olimpijskich w Tokio, imprezę przesunięto, więc prezentacja też się przesunęła.
Warto wreszcie podkreślić, że Toyota ciągle tylko mówi i jeszcze niczego nie zaprezentowała. Współpracuje z CATL, współpracuje z Panasonikiem, jednak żadna z tych film na razie nawet nie pisnęła o ogniwach solid-state. Słowem: tekst WRC.net.pl to sensacyjny tekst z poważnymi błędami merytorycznymi w treści.
A teraz wytłumaczmy to wszystko krok po kroku:
Baterie półprzewodnikowe, czyli Elon Piżmo, szef Tesli
Autor tekstu na WRC.net.pl, prawdopodobnie Marcin Zabolski (wynika to z adresu URL), zapewne wrzucił artykuł do Google Translatora, a dalej poszło z górki:
Otóż solid-state battery to nie „bateria półprzewodnikowa”. Owszem, zawarty w niej elektrolit powinien charakteryzować się przewodnictwem półprzewodnika, ale jest to zakres bardzo szeroki i w tym kontekście nieszczególnie istotny. Przy takiej definicji bateria z elektrolitem ciekłym również jest „baterią półprzewodnikową”, ponieważ elektrolity ciekłe posiadają zbliżone przewodnictwo, przynajmniej jeśli chodzi o jednostki.
Narzucające nam się automatycznie półprzewodniki (krzem, german, arsenek galu itd.) nie mają w tej baterii większego znaczenia, nawet jeśli ceramiczny elektrolit wykorzystuje krzem(ionkę). Bo to zupełnie nie o te półprzewodniki chodzi.
Otóż „solid-state” w określeniu baterii oznacza „stan stały”, a bateria solid-state to bateria z elektrolitem, który znajduje się w stanie stałym, tj. nie jest ani cieczą, ani gazem. A precyzyjniej: bateria zbudowana w oparciu o ogniwa (ang. cells) ze stałym elektrolitem.
Nie „półprzewodnik”, lecz „ciało stałe”, nie Elon Piżmo, lecz Elon Musk. Ktoś, kto nie pojmuje różnicy między tymi tłumaczeniami raczej nie rozumie też, dlaczego ta kwestia jest tak ważna.
Elektrolity ciekłe i elektrolity stałe – dlaczego chcemy uciec od cieczy i korzystać z ciał stałych?
Żeby zrozumieć, dlaczego stałe elektrolity są tak ważne, musimy przypomnieć jeden istotny fakt: we współczesnych ogniwach Li-ion stosuje się elektrolity ciekłe. W dodatku bazują na łatwopalnych rozpuszczalnikach.
Podkreślmy to: elektrody, między którymi przepływają duże ładunki, są zanurzone lub przynajmniej mocno się stykają z łatwopalnymi materiałami. Gdy w ogniwie litowym dojdzie do zwarcia – a jest to możliwe w pewnych specyficznych warunkach; zaraz o nich opowiemy – elektrolit może zapłonąć nawet w zamkniętym pojemniku. Bo tlen jest już w cząsteczce rozpuszczalnika.
Łatwopalna ciecz, iskrzenie, tlen, pożar… Teraz jasne?
Wybuchy w Tesli, która roztrzaskała się o lawetę. Wszyscy pasażerowie zdążyli uciec z samochodu
Aha, i nie sugerujcie się tym zdaniem z WRC.net.pl:
Oczekuje się, że akumulatory półprzewodnikowe wyprą baterie litowo-jonowe wykorzystujących wodne roztwory elektrolitu.
Tutaj wierszówkę też wypracował Tłumacz Google, bo autor tylko dokonał lekkiego skrótu (za Nikkei):
Oczekuje się, że akumulatory półprzewodnikowe staną się realną alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych wykorzystujących wodne roztwory elektrolitu.
Nad wodnymi elektrolitami nadal toczą się prace badawcze, w komercyjnie stosowanych ogniwach chodzi o elektrolity ciekłe, nie wodne. Nikkei trochę się rozpędziło, Google Translator posłusznie przetłumaczył, autor WRC.net.pl nawet nie dostrzegł problemu.
Ale wróćmy do głównego wątku:
Elektrolity stałe to tarcza blokująca litowe dendryty
Przy elektrolitach stałych między elektrodami znajduje się warstwa ciała stałego. Eksperymentuje się z różnymi związkami. Najbardziej obiecujące wydają się dziś siarczki i materiały ceramiczne – widać je na zdjęciach poniżej (przezroczysty prostopadłościan i giętka biała karta):
Elektrolity stałe są nam potrzebne, bo gdy chcemy szybko naładować ogniwo Li-ion (przecież nikt nie chce kwitnąć godzinami przy ładowarce!), możemy spowodować wzrost litowych dendrytów. Elektrolity ciekłe, nawet zamknięte w polimerowej gąbce, nie stanowią żadnej przeszkody dla rozrastających się struktur. Gdy pędzone dużymi mocami litowe dendryty w ogniwie z ciekłym elektrolitem osiągną wystarczającą długość, mogą doprowadzić do zwarcia obu elektrod:
Dalszy ciąg już znamy: łatwopalna ciecz, iskrzenie, zapłon…
Tymczasem stałe elektrolity pełnią funkcję zbroi, tarczy oddzielającej obie elektrody. Litowe dendryty nie mają szans na wzrost, bo powstrzymuje je stały elektrolit. Kryształ litu się nie przebije, jonu litu przepłyną przezeń bez większych problemów. Właśnie dlatego przy stałym elektrolicie tak kluczowe jest to, żeby był on ciałem stałym (ang. solid state).
Tylko żeby poprawnie przetłumaczyć termin, trzeba rozumieć, jak działa ogniwo Li-ion.
A gdzie w tym wszystkim Toyota, o osiągnięciach której Elon Piżmo może tylko pomarzyć?
Zacytujmy znowu WRC.net.pl:
Kiedy Toyota zaprezentuje przełomową technologię? Toyota zrobi to już w 2021 r., gdy zaprezentuje prototyp.
Po pierwsze: Nikkei zapowiada, że w 2021 roku nastąpi prezentacja prototypu. I… nie ma w tym niczego nadzwyczajnego, ponieważ prezentacja prototypowej Toyoty z baterią solid-state miała nastąpić już w 2020 roku, co wiemy od dwóch lat:
> Baterie solid state Toyoty na Igrzyskach Olimpijskich Tokio 2020. Ale o czym plecie ten Dziennik.pl?
Igrzyska przesunięto, świat miał inne problemy, prezentację też przesunięto. Przez Covid-19 sporo branż zaznało poślizgu. A kiedy trafią na rynek samochody z ogniwami ze stałym elektrolitem? WRC.net.pl kontynuuje:
(…) w 2021 r., gdy zaprezentuje prototyp. Niedługo potem ma nastąpić seryjna produkcja. (…) Jeśli Toyota faktycznie uruchomi, zapewne w 2022 r., sprzedaż aut elektrycznych z bateriami półprzewodnikowymi, to może zdeptać rywali oferujących samochody na prąd.
„Niedługo potem”, czyli dokładnie kiedy? WRC.net.pl pisze o „początku lat 20. XXI wieku”, chociaż zna już też przybliżoną datę („zapewne w 2022”). Tymczasem przedstawiciel Toyoty mówi tak (od 7:30):
We expect to introduce the first mass-produced electrified vehicle using a solid-state battery in the first half of 2020’s.
Czyli tłumacząc na polski:
Mamy zamiar zaprezentować pierwszy masowo produkowany pojazd zelektryfikowany wykorzystujący baterie ze stałym elektrolitem w pierwszej połowie lat dwudziestych [bo pierwsza połowa roku 2020 już była – przyp. red. www.elektrowoz.pl].
Przedstawiciel Toyoty wyjaśnia wprost: między rokiem 2020 a 2025 dojdzie do pokazu auta z ogniwami solid-state. Nie mówi o wprowadzeniu na rynek („market introduction”), choć bardzo chcielibyśmy to usłyszeć. Nie mówi też o produkcji, choć wymagałoby to zaledwie drobnej korekty wypowiedzianego zdania („we’re going to start mass production in …”).
O „zapewne w 2022 r.” przez litość już nie wspomnimy.
Kiedy więc nastąpi seryjna produkcja aut z bateriami ze stałym elektrolitem? Branża jest sceptyczna, nawet startupy, które pokazują prototypy takich ogniw, twierdzą, że w samochodach pojawią się za dobrych kilka lat:
> Solid Power: Możemy zacząć sprzedawać ogniwa solid-state w 2021. W samochodach? W 2026-2027 roku
Tymczasem Toyota nie zaprezentowała jeszcze niczego, a tylko od 2017 roku „planuje” prezentacje samochodów z bateriami solid-state (porównaj np. TUTAJ). Trudno wierzyć w takie deklaracje
Czy ogniwa ze stałym elektrolitem naprawdę są przełomowe?
Tak, są.
Dzięki stałemu elektrolitowi będzie można ładować je wysokimi mocami bez troski o litowe dendryty. Wysokie moce ładowanie to krótszy czas postoju na ładowarce.
Dzięki stałemu elektrolitowi będzie można zrezygnować ze stosowania grafitu czy krzemu w roli anod. Bez grafitowych/krzemowych anod więcej przestrzeni przypadnie na lit, którego obecność decyduje o pojemności baterii. Stały elektrolit i więcej litu to większa pojemność akumulatorów.
Większe omówienie tematu przygotowaliśmy na podstawie prezentacji QuantumScape:
> QuantumScape podało dane ogniw solid-state. Ładowanie 4 C, wytrzymują 25 C, 0->80 proc. w 15 minut
Wydaje nam się, że to właśnie prezentacja QuantumScape wraz z entuzjastycznie nastawionymi ekspertami była głównym motywatorem Nikkei. Bo, powtórzmy, Toyota od kilku lat głównie zapowiada i obiecuje, a tymczasem QuantumScape zaprezentowało parametry gotowych ogniw solid-state. Pisaliśmy zresztą o tym odwołując się wprost do artykułu Nikkei, z którego korzystał autor WRC.net.pl:
> QuantumScape dźgnęło rynek. Solid Power i Toyota też planują przełomy
Ot, i tyle…
Nota od autora: Jako [chyba już byłego?] dziennikarza boli mnie takie pisanie bez zrozumienia tematu. Praca w mediach powinna być misją, działaniem opartym na etyce i wiedzy. Przeżyję chęć walki o klikalność, bo to w końcu zarobek wydawcy, ale brak jakiekolwiek kompetencji w omawianym temacie jest niebezpieczny. Dziś ten autor pisze bzdury o bateriach, a jutro najmie się do siania pro- czy antyrządowej propagandy. Weźmie na tapetę wszystko, co za dostanie pieniądze.
I w żadnym przypadku nie zapali mu się w głowie ostrzegawcze światełko, że opisuje temat, o którym nie ma pojęcia.
Tak sobie myślę, że niektóre portale powinny mieć nakaz zamieszczania adnotacji: „Czytasz na własne ryzyko, nie gwarantujemy poprawności ani jednej z przedstawionych informacji”. A jeśli chodzi o Toyotę, to spodziewałbym się próby przejęcia jakiegoś startupu od ogniw solid-state.
Zdjęcie otwierające: otwarcie opisywanego w treści artykułu (c) WRC.net.pl
