Analizując zapotrzebowanie miedzi w produkcji akumulatorów, Europejski Instytut Miedzi określił elektromobilność, jako największy nowy rynek dla miedzi.
Poniższy wykres ukazuje, że pojazdy elektryczne będą potrzebowały 60 kg więcej miedzi niż pojazdy spalinowe, z czego 40 kg w samym akumulatorze:
Można zatem oczekiwać, że dwie trzecie dodatkowego zużycia miedzi wystąpi w ogniwach akumulatorów, w których miedź stanowi 15-20% ich ciężaru. Dlatego strategia elektromobilności EIM będzie szczególnie koncentrować się akumulatorach. Opracowując swoją strategię dotyczącą akumulatorów Ecofys stwierdził duże zróżnicowanie zawartości miedzi w akumulatorach, zawierające się w zakresie między 1 do 15%.
Czytaj: Pojazdy elektryczne w sieci elektroenergetycznej
Biorąc pod uwagę zróżnicowanie zużycia miedzi w stosunku 1 do 15, eksperci Europejskiego Instytutu Miedzi, prowadzili dalsze badania, dochodząc do następujących wstępnych wniosków:
- Miedź jest stosowana akumulatorach litowych jako kolektor prądu katodowego i anoda.
- W akumulatorach litowych przeznaczonych do zastosowań trakcyjnych, wagowy udział miedzi w ogniwach akumulatorów wynosi 15-20%. Miedź jest stosowana wyłącznie w kolektorze prądu. Produktem z miedzi jest folia o grubości 10-12 mikrometrów. Zużycie miedzi można zgrubnie szacować na 0,6 kg/kWh. Stąd akumulator 30 kWh dla pojazdu miejskiego wymaga użycia 18 kg Cu. Średniej wielkości sedan, umożliwiający przejazdy na większe odległości, wymaga akumulatora 100 kWh, zatem 60 kg Cu.
- Pożądane są cieńsze folie, ale pojawiają się ograniczenia mechaniczne. Obecnie, istnieje dążenie do stosowania folii o grubości 8 mikrometrów, ale w tym punkcie miedź staje się krucha i trudna do obróbki. W zastosowaniach do akumulatorów trakcyjnych nie przewiduje się zmniejszenia grubości poniżej 8 mikrometrów.
- Przy ciągłej miniaturyzacji i spodziewanym zwiększaniu gęstości energii akumulatorów, można oczekiwać obniżenia zużycia miedzi o około 20% do 0,4–0,5 kg/kWh.
- Przełomem technologicznym mogą być warstwy miedzi napylane na podłożach polimerowych. Tutaj grubość warstwy miedzi może zejść poniżej kilku mikrometrów. Technologia ta wymaga jeszcze dopracowania i prawdopodobnie znajdzie zastosowanie tylko w akumulatorach stacjonarnych.
- Miedź ma silną pozycję jako materiał kolektora prądu lub elektrody. Biorąc po uwagę dostępność, stabilność i koszt, nie ma alternatywy, która mogłaby być zastosowana.
- Ogniwa akumulatora stanowią około 60% wagi pakietu akumulatorów, pozostałe 30-40% to inne elementy systemu akumulatora (w tym zarządzanie akumulatorem). Tutaj miedź jest w niewielkich szynach łączących moduły akumulatora.
- Gęstość prądu w foliach kolektorowych nie powinna stanowić problemu dla pojazdów elektrycznych dopóki stosowane są folie 8-12 mikrometrów. Wolne ładowanie nie będzie stwarzać żadnych ograniczeń pod względem elektrycznym. Nawet ładowanie z mocą 150-350 kW będzie rozkładać się na wiele ogniw i wiele folii w ogniwach. Na pewnym etapie, przy grubości folii poniżej 8 mikrometrów i gdy gęstość energii w akumulatorach wzrośnie, ograniczenia o charakterze elektrycznym mogą stać się istotne. Dlatego uważamy, że elektrody napylane mogą nie mieć wpływu na zużycie miedzi w pojazdach elektrycznych w ciągu najbliższych 5-10 lat, a intensywność wykorzystania miedzi w ogniwach akumulatorowych pozostanie bliska 10-15% ciężaru pakietu akumulatorów w tym zastosowaniu.
Według raportu opracowanego przez VDE (link) zastąpienie miedzi przez aluminium w roli kolektora anodowego, jest możliwe w przypadku akumulatorów wykorzystujących tytanian litu (LTO), ale akumulatory te mają bardzo odmienne właściwości. Ich niska gęstość energii powoduje, że nie nadają się do zastosowań trakcyjnych.
Zobacz też: Akumulatory pojazdów elektrycznych i urządzeń mobilnych posłużą jako magazyny energii
