Baterie półprzewodnikowe mogą dać Chinom przewagę na całe dekady. Czy historia niemieckich i japońskich silników właśnie się powtarza?

Przez dziesięciolecia o pozycji państw na światowym rynku motoryzacyjnym decydowała przede wszystkim umiejętność konstruowania i masowej produkcji dobrych silników spalinowych.

Niemcy zbudowali przewagę na osiągach, precyzji i technologiach klasy premium. Japończycy zdobyli klientów trwałością, oszczędnością i produkcją dopracowaną do poziomu, który konkurencja przez lata próbowała dogonić.

Dzisiaj podobną rolę może przejąć bateria.

Jeżeli ogniwa całkowicie półprzewodnikowe spełnią przynajmniej część pokładanych w nich nadziei, mogą stać się dla Chin tym, czym silnik spalinowy był kiedyś dla Niemiec i Japonii – technologią zapewniającą nie tylko lepszy produkt, lecz także wieloletnią przewagę przemysłową.

Nie chodzi jednak wyłącznie o jeden wynalazek. Największą siłą Chin może okazać się zdolność do jego szybkiego wdrożenia, obniżenia kosztów i uruchomienia produkcji na skalę, z którą inni nie będą w stanie konkurować.

Nowe serce samochodu znajduje się pod podłogą

W samochodzie spalinowym silnik wpływał na osiągi, zużycie paliwa, trwałość, koszty serwisowania, charakter pojazdu i reputację całej marki.

W samochodzie elektrycznym znaczna część tej roli przechodzi na baterię oraz elektronikę zarządzającą jej pracą.

To od akumulatora zależą między innymi zasięg, czas ładowania, masa samochodu, osiągi, odporność na niskie temperatury, bezpieczeństwo oraz duża część końcowej ceny pojazdu.

Silnik elektryczny nadal pozostaje ważnym elementem. Producenci rywalizują sprawnością, sposobem chłodzenia, konstrukcją falownika, oprogramowaniem i wykorzystaniem metali ziem rzadkich. Jednak to bateria daje obecnie największe pole do budowania przewagi, którą trudno szybko skopiować.

Firma potrafiąca produkować lżejsze, trwalsze i szybciej ładowane ogniwa może wpływać na pozycję całego koncernu motoryzacyjnego.

Co właściwie zmienia bateria półprzewodnikowa?

W typowym akumulatorze litowo-jonowym pomiędzy elektrodami znajduje się ciekły elektrolit. W baterii półprzewodnikowej jego funkcję przejmuje materiał stały.

Technologia ta daje szansę na zwiększenie gęstości energii, zastosowanie innych rodzajów anod oraz ograniczenie niektórych zagrożeń związanych z ciekłym elektrolitem.

Nie oznacza to jednak, że każda bateria półprzewodnikowa automatycznie będzie bezpieczna, trwała i tania. Wiele zależy od zastosowanej chemii, konstrukcji ogniwa, jakości produkcji, odporności na zmiany temperatury oraz zachowania materiałów podczas wielokrotnego ładowania.

Największą korzyścią nie musi być nawet samochód przejeżdżający ponad tysiąc kilometrów bez postoju.

Znacznie ważniejsza może okazać się możliwość uzyskania obecnego zasięgu przy użyciu mniejszego i lżejszego pakietu.

Mniejsza bateria oznacza niższą masę samochodu, mniejsze zużycie energii, krótszy czas ładowania, lepsze prowadzenie i potencjalnie niższy koszt produkcji.

To może być dla motoryzacji większym przełomem niż kolejny rekord zasięgu ogłaszany podczas premiery prototypu.

Półprzewodnikowa czy tylko półstała?

Wokół nowych baterii powstało już wiele nieporozumień. Określenie „solid-state” bywa używane bardzo szeroko, również w odniesieniu do konstrukcji, które nie są jeszcze bateriami całkowicie półprzewodnikowymi.

Część samochodów i prototypów wykorzystuje tak zwane ogniwa półstałe, czyli semi-solid-state. Nadal zawierają one pewną ilość ciekłego albo żelowego elektrolitu.

Takie baterie mogą oferować lepsze parametry od klasycznych ogniw litowo-jonowych i stanowić ważny etap rozwoju. Nie należy ich jednak automatycznie utożsamiać z pełną technologią all-solid-state.

Z punktu widzenia rynku istnieje ogromna różnica pomiędzy pojedynczym prototypem, krótką serią demonstracyjną, produkcją pilotażową oraz montażem baterii w setkach tysięcy samochodów rocznie.

Dopiero ostatni z tych etapów przesądzi o rzeczywistej przewadze technologicznej.

Chiny nie zaczynają tego wyścigu od zera

Największym atutem Chin nie jest dziś sama obietnica opracowania nowej baterii.

Państwo to już posiada ogromne zaplecze do produkcji klasycznych ogniw, materiałów katodowych i anodowych, kompletnych pakietów oraz elektroniki sterującej. Chińskie firmy rozwijają również własne konstrukcje cell-to-pack, baterie LFP i systemy bardzo szybkiego ładowania.

Bateria całkowicie półprzewodnikowa nie jest więc jeszcze chińskim odpowiednikiem legendarnego niemieckiego lub japońskiego silnika. Fundamenty takiej przewagi już jednak istnieją.

Chiny mają fabryki, dostawców, przetwórstwo surowców, producentów samochodów oraz ogromny rynek wewnętrzny, na którym nowe rozwiązania można szybko testować i udoskonalać.

Nawet jeśli pierwsza chińska bateria półprzewodnikowa nie będzie najlepsza pod każdym względem, może zostać wdrożona szybciej i wyprodukowana taniej niż konkurencyjne rozwiązania.

W motoryzacji często wygrywa nie ten, kto jako pierwszy zaprezentuje najbardziej efektowny prototyp, lecz ten, kto potrafi zamienić go w niezawodny i dostępny produkt masowy.

Nie wystarczy mieć dobry patent

Historia branży pokazuje, że sama własność intelektualna nie gwarantuje sukcesu.

Kluczowa jest zdolność do powtarzalnej produkcji, ograniczenia liczby wadliwych ogniw, zapewnienia surowców, kontroli kosztów i zbudowania odpowiedniego łańcucha dostaw.

Przejście od ogniwa laboratoryjnego do produkcji motoryzacyjnej jest niezwykle trudne. Akumulator musi wytrzymać tysiące cykli, szybkie ładowanie, mróz, upał, drgania i wieloletnią eksploatację.

Do tego musi być na tyle przewidywalny, aby producent mógł objąć go wieloletnią gwarancją.

Chiny mogą mieć przewagę właśnie na etapie skalowania. Tamtejsze firmy potrafią rozwijać technologię równocześnie z budową fabryk, samochodów i infrastruktury ładowania.

Konkurenci mogą dysponować lepszym rozwiązaniem laboratoryjnym, ale przegrać pod względem ceny, dostępności lub tempa wdrożenia.

Znaczenie baterii wykracza poza motoryzację

Nowe ogniwa będą potrzebne nie tylko w samochodach.

Znajdą zastosowanie w magazynach energii, robotyce, dronach, elektronice, urządzeniach przemysłowych oraz systemach stabilizujących sieci energetyczne.

Kraj kontrolujący technologię, produkcję i dostęp do materiałów nie będzie więc wyłącznie eksportował pojazdów. Może stać się dostawcą jednego z najważniejszych elementów przyszłej gospodarki.

Pod tym względem bateria może okazać się jeszcze ważniejsza niż dawny silnik spalinowy.

Silnik napędzał przede wszystkim samochody, motocykle i maszyny. Akumulator może jednocześnie zmieniać transport, energetykę, przemysł i sposób magazynowania energii.

Europa może produkować samochody, ale kupować ich najważniejszą technologię

Europejskie koncerny mogą nadal projektować nadwozia, rozwijać systemy bezpieczeństwa, tworzyć oprogramowanie i montować samochody we własnych fabrykach.

Jeżeli jednak najdroższy oraz najbardziej strategiczny element pojazdu będzie pochodził z Chin albo zostanie wyprodukowany na chińskiej licencji, duża część wartości pozostanie po stronie dostawcy baterii.

To oznacza, że sama ochrona rynku przed importem gotowych samochodów może nie wystarczyć.

Cła mogą ograniczyć sprzedaż niektórych modeli, ale nie zastąpią własnych kompetencji w dziedzinie chemii ogniw, produkcji materiałów, recyklingu i masowego wytwarzania pakietów.

Europa może więc zachować fabryki, a jednocześnie stopniowo uzależniać się od technologii rozwijanej poza jej granicami.

Niemcy, Japonia i Korea nadal są w grze

Nie można jednak uznać, że rywalizacja została już rozstrzygnięta.

Nad ogniwami półprzewodnikowymi pracują firmy japońskie, koreańskie, amerykańskie i europejskie. Japonia posiada silne zaplecze materiałowe i dużą liczbę patentów. Korea od lat pozostaje jednym z najważniejszych centrów światowego przemysłu bateryjnego.

Również zachodnie start-upy rozwijają rozwiązania, które mogą trafić do samochodów w kolejnych latach.

Prawdziwy wyścig nie rozstrzygnie się jednak podczas prezentacji prasowych. Zwycięzcą będzie ten, kto jako pierwszy osiągnie jednocześnie odpowiednią trwałość, bezpieczeństwo, wydajność i akceptowalny koszt produkcji.

To znacznie trudniejsze niż uzyskanie rekordowego wyniku w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.

Technologiczna przewaga nie zawsze oznacza korzyść dla właściciela auta

Z punktu widzenia kierowcy nie liczy się wyłącznie zasięg deklarowany w dniu premiery.

Znacznie ważniejsze będzie to, jak bateria zachowa się po kilku latach eksploatacji, ile będzie kosztowała jej naprawa i czy producent umożliwi wymianę pojedynczego modułu zamiast całego pakietu.

Na wartość używanego samochodu elektrycznego wpływają między innymi stan akumulatora, liczba cykli ładowania, sposób użytkowania auta, historia napraw, temperatura pracy i częstotliwość korzystania z szybkich ładowarek.

Liczy się również dostęp do diagnostyki. Kierowca kupujący kilkuletni samochód powinien mieć możliwość rzetelnego sprawdzenia kondycji baterii, podobnie jak dziś analizuje przebieg, historię serwisową i wcześniejsze szkody.

Prawdziwy przełom nastąpi więc nie wtedy, gdy prototyp przejedzie rekordowy dystans, lecz wtedy, gdy nowa bateria okaże się trwała, naprawialna i możliwa do zweryfikowania na rynku wtórnym.

Dla właściciela auta bateria powinna być nie tylko nowoczesna. Musi być także przewidywalna w codziennym użytkowaniu i przy późniejszej odsprzedaży samochodu.

Czy baterie dadzą Chinom przewagę na całe dekady?

Na obecnym etapie byłoby zbyt wcześnie, aby ogłaszać ostatecznego zwycięzcę.

Ogniwa całkowicie półprzewodnikowe nadal wymagają rozwiązania problemów związanych z trwałością, kosztami, produkcją i stabilnością materiałów.

Chiny dysponują jednak czymś, czego nie da się szybko zbudować: kompletnym ekosystemem przemysłowym.

Mają producentów ogniw, samochodów, elektroniki, oprogramowania, ładowarek i magazynów energii. Kontrolują dużą część łańcucha dostaw i potrafią błyskawicznie zwiększać skalę produkcji.

Jeżeli do tej przewagi dołożą trwałą i opłacalną baterię półprzewodnikową, zmiana może nie ograniczyć się do kilku nowych modeli samochodów.

Może wpłynąć na układ sił w motoryzacji na kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt lat.

Dawniej klienci wybierali niemieckie i japońskie auta między innymi ze względu na zaufanie do ich silników.

W przyszłości podobne znaczenie może mieć pytanie o producenta oraz pochodzenie baterii.

I coraz częściej odpowiedź może prowadzić właśnie do Chin.