שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin

סוללות לרכב חשמלי: מתקרבים אל נקודת המפנה

הרחבת מערכי הייצור של סוללות באירופה, ומחקר אינטנסיבי לשיפור אגירת ומסירת האנרגיה בתוכן - מקרבים את היום שבו רכב חשמלי יהיה זול ויעיל ממכונית קונבנציונלית
AUDI

 

בסוף השבוע האחרון הכריזו יצרנית הרכב פיג'ו-סיטרואן וחברת האנרגיה הצרפתית טוטאל על הסכם להקמת מיזם משותף לייצור סוללות לרכב חשמלי החל בשנת 2023. מיזם זה, במקביל לפיתוחים האחרונים בתחום הכימיה של סוללות חשמליות, מבטיחים שבמהלך חמש השנים הבאות תוכפל פי כמה כמות האנרגיה שאפשר יהיה לאגור במדיום כימי, ומחיר האחסון של יחידת אנרגיה יוסיף לצלול בקצב מהיר. "נקודת המפנה" – היום שבו מחירו של רכב חשמלי יהיה שקול או אף נמוך מזה של רכב שמונע על-ידי מנוע בעירה פנימית ומכוניות חשמליות יהוו כ-50% מכלל מכירות הרכב החדש – מתקרבת בקצב מהיר.

 

 

נכון להיום שולטות חברות סיניות, יפניות וקוריאניות בשוק הסוללות לרכב חשמלי, כולן מייצרות בארצות המוצא שלהן, וחלקן הקימו כבר מפעלי ייצור סוללות באירופה או נמצאות בשלבי הקמה של מפעלים כאלה שם. הפרויקט המשותף של פיג'ו-סיטרואן וטוטאל צפוי להגיע לכושר ייצור של מיליון סוללות לרכב חשמלי בשנה, סכום שמייצג יותר מ-10% מן הביקוש הצפוי באירופה, ולכן יש לו לפחות שלוש משמעויות חשובות.

ראשית, טוטאל היא עוד אחת מחברות הנפט הגדולות אשר הפנימה את מהפך האנרגיה העולמי וקפצה על העגלה של הגורם שמשבש את השוק שלה. שנית, המיזם המשותף יקים שני מפעלי ייצור חדשים באירופה, אחד בצרפת ואחד בגרמניה, ושלישית – ההיקף הכולל של ייצור סוללות לרכב חשמלי באירופה יגדל במיליון יחידות בשנה.

המיזם המשותף, שנקרא ACC, זכה למימון בהיקף של כ-1.5 מיליארד דולר מממשלות צרפת וגרמניה, ובשני המקרים מגיע התקציב הזה מתוכניות ההרחבה הכלכליות של שתי המדינות שנאבקות בנזקי הקורונה לכלכלות שלהן. התקציב מגיע מפרויקט IPCEI שמתוכנן להשקיע בסך הכל כ-5.9 מיליארד דולר במיזמים דומים. ההערכה הנוכחית באירופה היא ששוק הסוללות לרכב חשמלי יגדל בתשע השנים הבאות, עד לשנת 2030, להיקף גדול פי 15 מגודלו הנוכחי, ויגיע לכ-400 גיגה וואט לשעה. עם תחילת הייצור המסחרי מצפים קברניטי המיזם לייצר 8 גיגהוואט בשנה, ולהגדיל אותו בהדרגה, בשני המפעלים, עד ל-48 גיגהוואט בשנת 2030.

לקריאה נוספת: מתי נרצה לעבור למכונית חשמלית?

האתגר הבא: ננוטכנולוגיה

 

שיפור היעילות התעשייתית והרחבת היקפי הייצור של סוללות חשמליות יוזיל לכשעצמו את מחירי הסוללות, אבל לא יפתור את הבעיות הטכנולוגיות שאיתה מתמודדת תעשיית הסוללות כולה – ובראשן ניהול חום, התדרדרות כושר האגירה של סוללות, ושימוש במחצבים נדירים כמו ליתיום וקובלט. אחת התוצאות, נכון להיום, היא שאפילו בסוללות המתקדמות ביותר של טסלה, עם עמדות הטעינה המתקדמות ביותר של החברה, נדרשת עדיין שעה שלמה לטעינה מלאה, שזה פי 12 ממשך הזמן שנדרש לתדלוק מיכל בנזין או סולר. בנוסף, גם בסוללות הטובות והמתקדמות ביותר לא מומלץ להשתמש בפונקציית הטעינה המהירה לעיתים מזומנות – מפני שהכנסת כמות רבה של אנרגיה בפרק זמן קצר לא מועילה לבריאות שלהן.

נכון להיום, באותה מידה שמאות מדענים וחוקרים ברחבי העולם עסוקים במחקר שמטרתו לפתח חיסון כנגד קורונה, כך מתקיים מירוץ של חוקרים אחרים, רובם מתחומי הכימיה, לפתח סוללות יעילות תוך שימוש בחומרים נפוצים יותר. אחד הכיוונים המבטיחים ביותר בתחום זה הוא ה"ננו-חומרים", שהם חלקיקים זעירים מאוד שאינם נראים לעין בלתי מזוינת.

על אף שההגדרה המדויקת ל"ננו-חומר" שנויה מעט במחלוקת, אפשר לפשט ולומר שכל מה שאורכו בין 1 ל-100 ננומטר במימד אחד לפחות נחשב לכזה, וכדי לשים דברים בפרופורציה נאמר שהעובי של שיערת אדם ממוצעת הוא כ-75,000 ננומטר. חומרים ננומטריים מיוצרים בשני אופנים: "מלמעלה למטה" ו"מלמטה למעלה", כלומר על ידי "בנייה" וחיבור בין מולקולות, או על-ידי ריסוק (או שריפה) של חומרים גדולים יותר לחתיכות קטנות. התוצאה, במרבית המקרים, נראית כמו אבקה, וההבטחה שגלומה ברכיבים האלה היא שההתנהגות שלהם שונה מזו של החומרים שמהם הם מופקים.

 

 

אחת האנלוגיות המעניינות שמתארת את היתרון של ננו חומרים בהקשר של סוללה חשמלית מדמה אותה לאצטדיון כדורגל עם כניסה אחת, ואת הזרמת האנרגיה בעת טעינה ופריקה לקהל שמנסה להיכנס או לצאת מן ההיכל. שימוש בננו חומרים, לפי אנלוגיה כזאת, פוער באצטדיון עשרות פתחים בגודל עצום כך שהקהל יכול לנוע בחופשיות רבה בכניסה וביציאה.
השיפור הדרמטי שמושג באמצעות ננו-חומרים נובע מכך שככל שגוף קטן יותר כך שטח הפנים היחסי שלו יותר גדול, וזאת מבלי שהמסה היחסית שלו משתנה. סוללות שמבוססות על ננו-חומרים ייטענו מהר יותר וייאגרו אנרגיה מהר יותר, וגם יספקו אנרגיה מהר יותר כשצריך אותה, פשוט מפני שבקנה מידה קטן הכל קורה מהר יותר ועם פחות חיכוך. סוללה שמבוססת על טכנולוגיית ננו-חומרים מכילה יותר יונים ואלקטרונים ולכן מאחסנת יותר אנרגיה.

כמובן שאם היה קל לממש את התיאוריה מישהו כבר היה מייצר סוללות כאלה, והאתגר הגדול כרגע הוא למצוא או לסנתז את החומרים המתאימים ביותר למשימה, וזה מכיוון שהברכה הגדולה של ננו-חומרים היא גם הקללה שלהם: חומרים עם שטח פנים גבוה נוטים להגיב תגובות חזקות ולעיתים לא נשלטות. סוללה לרכב חשמלי, בשונה למשל מסוללה של מכשיר חשמלי, מטפלת בכמויות אדירות של אנרגיה ובמספר רב מאד של מחזורי פריקה וטעינה, ושימוש בננו-חומרים בתוך סוללה עלול להוביל לתגובות לא רצויות אשר בין השאר יובילו לבלאי מהיר והתדרדרות של קיבולת האגירה.

את אחת מפריצות הדרך המרתקות בתחום הזה הציגה לא מכבר חברת סילה ננוטכנולוגיות האמריקנית, אשר התמקדה בניסיון להחליף את הגרפיט, שמשמש בדרך כלל בסוללות ליתיום-יון, בסיליקון אשר באופן תיאורטי יכול לאגור פי 10 יותר אנרגיה מגרפיט.

הבעיה היא שכאשר סיליקון סופג יוני ליתיום הוא מתנפח וגורם לתגובות שמדרדרות את הסוללה. אנשי סילה ננוטכנולוגיות טוענים שהם פתרו את הבעיה באמצעות נוסחה ייחודית שפיתחו של תרכובת סיליקון וחומרים אחרים. סילה גייסה סכומים נכבדים, בין השאר מיצרניות הרכב ב.מ.וו. ומרצדס, והיא נחשבת ל"יוניקורן" עם שווי מוערך של יותר ממיליארד דולר.

אנשי סילה מצהירים שהטכנולוגיה שפיתחו יגדיל את קיבולת הסוללה ב-20 עד 40 אחוזים, והם מבטיחים להשיק אותה באופן מסחרי בתוך כשנה, אולי עוד לפני שיושק חיסון מפני קורונה. לא מיותר להזכיר, בהקשר הזה, שגם הטכנולוגיה של סילה מבוססת עדיין על ליתיום, שהינו מחצב נדיר ויקר שכרייתו יוצרת בעיות סביבתיות לא פשוטות. אחד מתחומי הפיתוח המקבילים, לכן, מוגדר כ"אחרי סוללות הליתיום-יון", ובו מפותחות תרכובות של ננו-חומרים מבוססי נתרן, אשלגן, מגנזיום ואלומיניום.

 

 

מה שבטוח זה שכמו הרבה אתגרים טכנולוגיים אחרים שאיתם התמודדה האנושות – גם טכנולוגיית הסוללות מתפתחת מהר, במספר רב של מקומות במקביל, ובמגוון שיטות שונות שבסופו של דבר יובילו אל "הסוללה המושלמת".

לקריאה נוספת:

האם CENS MATERIALS תצליח לשפר את סוללות הליתיום-יון?

האם סוללות 'מיליון וחצי קילומטר' ישנו את העולם?

טיגואן