Znanstveni tim Centra za baterijske tehnologije Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije iz Zagreba, na čelu s dr. Zoranom Mandićem i u suradnji sa znanstvenicima Instituta “Ruđer Bošković” i djelatnicima sisačke tvrtke Sunceco, posljednjih mjeseci intenzivno radi na prototipu hrvatske litij-ionske baterije napredne generacije. Znanstveno-istraživački projekt „Razvoj novih materijala te naprednih inovativnih tehnologija za proizvodnju litij-ionskih baterija“, za koji je Fakultet nedavno dobio 1,7 milijuna eura bespovratnih sredstava iz fondova Europske unije, „predstavlja industrijsko istraživanje s ciljem razvijanja inovativnih tehnologija naprednih baterijskih sustava te postavljanja znanstvenih i stručnih temelja za razvoj proizvodnje litij-ionskih baterija u Hrvatskoj“, objasnio je za Megawatt voditelj Centra za baterijske tehnologije Zoran Mandić. Baterija nove generacije, potvrdio je, trebala bi riješiti sve nedostatke današnjih litij-ionskih baterija te Hrvatsku svrstati među zemlje koje imaju vlastitu proizvodnju naprednih sustava skladištenja energije nužnih za budućnost elektroničke industrije. Projekt je započeo nedavno, potvrđeno nam je, a prvi konkretni rezultati istraživanja trebali bi biti vidljivi do sredine 2026. godine.

O važnosti litij-ionskih baterija u modernom svijetu ne treba trošiti previše riječi. Današnji svijet više gotovo da i ne može funkcionirati bez mobitela i laptopa, električnih vozila svih vrsta sve je više u prometu, a brojni elektronski uređaji na koje se oslanjamo u svakodnevnom životu jednostavno ne mogu funkcionirati bez tih baterija. Svijet bez litij-ionskih baterija bio bi tehnički moguć, ali znatno drugačiji – s težim, manje efikasnim i ekološki problematičnijim rješenjima u mnogim segmentima života. Današnje litij-ionske baterije su široko rasprostranjene i koriste se u različitim uređajima zbog svoje visoke energetske gustoće, dugog životnog vijeka i relativno male težine. No imaju nekoliko nedostataka. Prije svega, vijek trajanja im je ograničen i nakon određenog broja ciklusa punjenja i pražnjenja kapacitet baterije značajno opada. Osjetljive su na oscilacije u temperaturi pa visoke temperature mogu ubrzati degradaciju baterije i povećati rizik od požara ili eksplozije, a niske temperature smanjuju im efikasnost i kapacitet. Osim toga, baterije sve više dobivaju i geostratešku, pa i političku važnost, jer njihova proizvodnja zahtijeva vrlo skupe materijale kao što su litij, kobalt i nikal, što im drastično povećava cijenu, a budući da su ti materijali ujedno i vrlo rijetki i njihove zalihe ima tek nekoliko zemalja u svijetu, ta činjenica diktira dinamiku razvoja čitave svjetske industrije digitalnih tehnologija.

Stoga se svijet posljednjih godina intenzivno okreće istraživanjima mogućnosti proizvodnje naprednih litij-ionskih baterija, odnosno, razvoja sljedeće generacije u litij-ionskoj tehnologiji kojom će se poboljšati tradicionalne litij-ionske baterije, povećat će im gustoću energije, učinkovitost, životni vijek i sigurnost, ali i smanjiti negativan utjecaj na okoliš. Takve baterije dizajnirane su kako bi zadovoljile sve veće zahtjeve modernih aplikacija kao što su električna vozila, skladištenje energije proizvedene iz obnovljivih izvora, potrošačka elektronika i industrijski sustavi. “Inovativne tehnologije kojima se bavi ovaj projekt temelje se na razvoju novih sastava aktivnih elektrodnih materijala koji će omogućiti bolje karakteristike baterijskih članaka prema ključnim pokazateljima. Kao početni materijali koristit će se postojeći materijali za komercijalne baterijske tehnologije kao što su LTO, LFP, NMC i NMA, a novi sastavi dobivat će se pripravom kompozita s dvodimenzionalnim materijalima kao što su npr. grafen i njegovi derivati te s materijalima koji pokazuju u određenim aspektima bolja svojstva od postojećih grafitnih materijala kao što je npr. silicij”, objasnio je Mandić. Kazao je da postojeće tehnologije izrade elektroda ne postižu najbolje rezultate kada je riječ o baterijskim performansama, a dodatna je negativna strana današnjih baterija to što njihova proizvodna tehnologija ostavlja nepovoljan ekološki otisak.

‘Do kraja 2026.. realizirat ćemo prototip baterije s naprednim materijalima i poboljšanom tehnologijom proizvodnje’, kaže Zoran Mandić. FOTO: Saša Zinaja/NFOTO

Stoga je najvažniji cilj ovog projekta da se do kraja 2026. realizira prototip baterije s naprednim materijalima i poboljšanom tehnologijom proizvodnje. “U prvoj fazi radit ćemo na izradi cilindričnih baterija tipa 21700, a u drugoj fazi razmotrit ćemo i sve ostale oblike kao što su ‘pouch ćelije’, baterijske ćelije koje imaju fleksibilno, plastično kućište umjesto čvrstog metalnog. Prednosti su ‘pouch ćelija’ mala težina, fleksibilnost i mogućnost prilagođavanja različitim oblicima i veličinama uređaja. Sama dimenzija baterije čak i nije toliko važna koliko je važna količina energije koja se može smjestiti u jediničnom volumenu ili po jediničnoj masi baterije”, rekao nam je Mandić.

On smatra da bi razvoj tehnologije nanašanja elektrodnih materijala na strujne kolektore tehnikama hladnog špricanja i nanašanjem iz plazme zaobišli sadašnje nedostatke litij-ionskih baterija poput lošijih performansi, kratkog vijeka trajanja i nepovoljnog ekološkog otiska, a ujedno bi se dobili baterijski spremnici koji se mogu opteretiti većom snagom. “Tehnologije nanašanja elektrodnih materijala koje sam spomenuo, omogućit će proizvodnju baterija s boljim performansama od postojećih što uključuje veću uskladištenu energiju, veći broj ciklusa punjenja i pražnjenja koji prelazi 3000 te bi se skratilo vrijeme potrebno za punjenje što je izrazito važno za električna vozila”, objasnio je Mandić.

Potraga za tehnologijama koje će omogućiti bolje performanse litij-ionskih baterija dovela je do suradnje Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije, Instituta „Ruđer Bošković“ i industrijskog partnera, tvrtke Sunceco iz Siska, od kojih svatko ima svoj dio posla preuzetog unutar projekta. “Novootvoreni Centar za baterijske tehnologije FKIT-a posjeduje ekspertizu upravo za ostvarivanje ciljeva projekta jer kombinira znanja iz područja elektrokemijskog inženjerstva, kemije i inženjerstva materijala te električnog inženjerstva. Na FKIT-u će se provoditi sinteza materijala i njihovih kompozita, izrađivat će se elektrode i same baterije. U ovoj fazi se planira proizvodnja cilindričnih baterija kapaciteta pet ampersati (Ah), ali će se, ovisno o daljnjim planovima, to i povećati. Znanstvenici s IRB-a posjeduju znanja vezana za pripravu i primjenu dvodimenzionalnih materijala, a također imaju ekspertizu za izradu i testiranje čvrstofaznih baterija („all solid-state batteries“) kojima će se isto baviti ovaj projekt kao jedan od važnih smjerova u razvoju naprednih baterijskih sustava. Tvrtka Sunceco članica je EBA (European Battery Alliance) te aktivno teži ostvariti jedan od važnih ciljeva projekta, a to je izgradnja tvornice LFP baterijskih članaka u Sisku. Tvrtka Sunceco posjeduje ekspertizu upravo za nanašanje elektrodnih materijala na strujne kolektore što će se aktivno koristiti na projektu”, rekao nam je Mandić.

Podsjetio je da njihov projekt ima iznimnu važnost u kontekstu obnovljivih izvora energije i dekarbonizacije energetskog i transportnog sektora, jer razvija nove elektrodne materijale i napredne inovativne tehnologije za proizvodnju elektrokemijskih spremnika i pretvornika energije. “Zahtjevi europskog i globalnog tržišta za inovativnim baterijama kontinuirano rastu i predviđa se da će količina neophodne energije koju je potrebno skladištiti u baterijama narasti s oko 700 gigavatsati (GWh) u 2022. do čak 4.7 teravatsati (TWh) u 2030. godini. Broj giga-tvornica litijskih baterija u Europi stalno raste, danas ih ima oko 25 u različitim državama, a plan Europske komisije je da taj broj naraste na 35 do kraja 2025. godine”, kaže Mandić.

Napredne baterije koje će se proizvesti na temelju tog projekta naći će primjenu pretežno u električnim vozilima i automobilskoj industriji, za što moraju ispuniti stroge zahtjeve koji uključuju veliku specifičnu energiju i snagu, velik broj ciklusa punjenja i pražnjena i širok temperaturni opseg rada. Primjene u stacionarnim sustavima, prvenstveno za skladištenje energije kod obnovljivih izvora energije, također mogu doći u obzir iako takve baterije ne moraju ispunjavati one ključne pokazatelje koji su neophodni za automobilsku industriju, objasnio je Mandić.

No posebno veseli što je jedan od važnih ciljeva ovog projekta postaviti temelje za proizvodnju naprednih litij-ionskih baterija u Hrvatskoj, čime bi se naša zemlja, kako je kazao Mandić, pozicionirala na karti europskih zemalja koje ulažu u razvoj baterija i time postala kompetitivna u području razvoja i proizvodnje sustava za pohranu energije. Na kraju razgovora nismo mogli izbjeći pitanje o cijeni budućih baterija s obzirom na činjenicu da je upravo iznimno visoka cijena sadašnjih litij-ionskih baterija jedan od njihovih najvećih nedostataka. “U ranoj fazi realizacije u kojoj se projekt sada nalazi, teško je predvidjeti konačne pokazatelje koji će se postići kod prototipne baterije jer će cijena proizvodnje ovisiti o puno različitih čimbenika, a ne samo o cijeni materijala”, zaključio je Zoran Mandić.