Baterie półprzewodnikowe najpierw w smartfonach, dopiero potem w autach?

Najpierw małe urządzenia, później samochody

Robert Lee, prezes LG Energy Solution na Amerykę Północną, przedstawił ostrożną, ale konkretną prognozę dotyczącą baterii półprzewodnikowych. Jego zdaniem niewielkie ogniwa mogą pojawić się w smartfonach, dronach i innych wyspecjalizowanych urządzeniach mniej więcej dekadę przed tym, zanim technologia będzie gotowa do praktycznego zastosowania w samochodach elektrycznych. ^T

Nie oznacza to, że baterie półprzewodnikowe są skazane na porażkę ani że każde małe urządzenie otrzyma je według z góry ustalonego harmonogramu. Chodzi o różnicę między wyprodukowaniem obiecującego ogniwa w małym formacie a wielokrotnym wytwarzaniem dużych ogniw samochodowych — z odpowiednią jakością, trwałością, wydajnością produkcji i ceną.

Im większe ogniwo, tym trudniejsze zadanie

Baterie półprzewodnikowe przyciągają uwagę przede wszystkim obietnicą wysokiej gęstości energii w kompaktowej konstrukcji. Akumulator samochodu elektrycznego nie jest jednak po prostu powiększoną baterią z telefonu.

Ogniwa motoryzacyjne muszą powstawać w ogromnych ilościach, działać niezawodnie przez lata i znosić zmienne temperatury, wibracje oraz intensywne cykle ładowania i rozładowywania. Dlatego wypowiedź Lee dotyczy mniej wyników laboratoryjnych, a bardziej pytania, czy da się przełożyć je na trwały, tani i powtarzalny proces przemysłowy. Według relacji z jego komentarzy właśnie produkcja na dużą skalę pozostaje nierozwiązanym problemem, a trudność rośnie wraz z rozmiarem ogniwa. ^T

Udany prototyp nie jest więc dowodem, że samochody z bateriami półprzewodnikowymi są tuż za rogiem. Ogniwo pilotażowe może potwierdzić potencjał technologii, ale samo w sobie nie dowodzi, że producent potrafi wytwarzać miliony dużych ogniw przy opłacalnym koszcie.

Lansing pokazuje, na czym LG skupia się dziś

Nowo uruchomiona fabryka LG Energy Solution w Lansing w stanie Michigan dobrze ilustruje obecne priorytety firmy. Zakład zajmuje 226 akrów, pochłonął ponad 2 mld dolarów inwestycji i ma docelowo osiągnąć ponad 35 GWh rocznej zdolności produkcyjnej. Będzie obsługiwał zarówno rynek magazynów energii, jak i samochodów elektrycznych. ^NM

Fabryka produkuje duże ogniwa litowo-jonowe, zamiast czekać na dojrzewanie technologii półprzewodnikowej. Wytwarzane są tu ogniwa litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) dla stacjonarnych magazynów energii oraz ogniwa niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC) dla samochodów elektrycznych, w tym baterie przeznaczone dla nadchodzącej całkowicie elektrycznej Toyoty Highlander. ^MI

Ten zestaw technologii nie jest przypadkowy. Pokazuje strategię opartą na rozwiązaniach, które można dostarczać klientom już teraz, podczas gdy prace nad bateriami półprzewodnikowymi trwają w tle. Dla producentów ogniw liczy się dziś nie tylko to, która chemia osiąga najlepsze parametry, lecz także to, którą można stabilnie wytwarzać, lokalnie dostarczać i sprzedawać w cenie akceptowalnej dla producentów aut oraz operatorów magazynów energii.

Ulepszanie baterii litowo-jonowych jako rozwiązanie pomostowe

LG pracuje również z General Motors nad ogniwami litowo-manganowymi o zwiększonej zawartości manganu, określanymi skrótem LMR. Firmy planują rozpoczęcie produkcji komercyjnej w Stanach Zjednoczonych w 2028 roku, a wcześniej przewidują etap przedprodukcyjny. ^RI

GM twierdzi, że ogniwa te mają trafić do przyszłych elektrycznych ciężarówek i dużych SUV-ów, zapewniając zasięg przekraczający 400 mil, czyli około 644 km, przy koszcie zbliżonym do tańszych baterii LFP. W porównaniu z rozwiązaniami bogatymi w nikiel chemia LMR wykorzystuje więcej manganu, a mniej niklu i kobaltu. ^RI

LMR nie zastępuje technologii półprzewodnikowej. Jest inną odpowiedzią na tę samą presję rynkową: jak zwiększyć zasięg i obniżyć koszty, korzystając z procesów produkcyjnych bliższych obecnym możliwościom branży. LG przygotowuje także produkcję cylindrycznych ogniw serii 46 w Arizonie, co pokazuje, że firma rozwija równolegle kilka skalowalnych formatów litowo-jonowych, podczas gdy produkcja dużych ogniw półprzewodnikowych nadal nie została rozwiązana. ^I

Co naprawdę oznaczają zapowiedzi na 2027 rok?

Na pierwszy rzut oka prognoza LG może wydawać się sprzeczna z zapowiedziami konkurencji. BYD i CATL celują w 2027 rok z pilotażową lub próbną produkcją baterii półprzewodnikowych na małą skalę. Geely zapowiada z kolei pilotażowe zastosowanie tej technologii w pojazdach swoich marek w 2027 roku, po zakończeniu walidacji. ^GTEE

Te deklaracje są istotnymi etapami, ale kluczowe jest słowo „pilotaż”. Linia pilotażowa służy sprawdzeniu procesu przy ograniczonym wolumenie. Nie jest tym samym co masowa produkcja dla popularnych modeli, w której trzeba osiągnąć wysoką wydajność, stałą jakość i koszt akceptowalny dla rynku. Według relacji masowe zastosowanie technologii CATL ma nastąpić później — około 2030 roku lub jeszcze później. ^GT

Podobnie wyglądają programy innych firm. Mercedes-Benz i BMW testują baterie półprzewodnikowe, a Stellantis planuje próby. Są to jednak działania rozwojowe i walidacyjne, a nie dowód na opanowanie wysokowydajnej, konkurencyjnej cenowo produkcji seryjnej. ^I

Najbardziej realistyczny scenariusz

Najostrożniejsza interpretacja słów Lee prowadzi do etapowego harmonogramu:

1. Najpierw małe formaty. Kompaktowa elektronika i wyspecjalizowane urządzenia mogą wykorzystać ogniwa o wysokiej gęstości energii, zanim gotowa będzie produkcja na potrzeby motoryzacji. ^UT
2. Następnie linie pilotażowe. Producenci będą sprawdzać materiały, połączenia, trwałość i kolejne etapy wytwarzania przy ograniczonej skali. ^GTE
3. Dopiero później samochody masowe. Decydującym momentem nie będzie prototyp ani demonstracyjny samochód z 2027 roku, lecz możliwość powtarzalnego wytwarzania dużych ogniw o jakości i cenie wymaganej przez motoryzację.

Stanowisko LG jest zatem bardziej ostrożne niż sprzeczne z zapowiedziami konkurencji. Firma nie odrzuca baterii półprzewodnikowych — oddziela jedynie ich obiecujące parametry od gotowości przemysłowej.

Fabryka w Lansing oraz programy LMR, LFP, NMC i ogniw cylindrycznych odzwierciedlają tę samą logikę biznesową: w pozostałej części tej dekady rynek najpewniej będą kształtować ulepszenia baterii litowo-jonowych, które można produkować na dużą skalę. Baterie półprzewodnikowe w samochodach elektrycznych nadal zależą natomiast od rozwiązania najtrudniejszego problemu — produkcji dużych ogniw w sposób trwały, tani i powtarzalny.