Τεχνολογία. Οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων αναβαθμίζονται και γίνονται μικρότερες και ισχυρότερες

Οι εταιρείες τεχνολογίας επενδύουν σε χρήμα και χρόνο προκειμένου να δημιουργήσουν σύντομα την επόμενη γενιά μπαταριών. Στόχος τους είναι να απομακρυνθούν από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αξιοποιώντας νέες τεχνικές που θα δίνουν μεγαλύτερη χωρητικότητα και αυτονομία.

Μεγάλες εταιρείες όπως η Samsung, η Toyota, η QuantumScape (μια αμερικανική νεοσύστατη εταιρεία με επενδυτές όπως οι Bill Gates, Volkswagen και SAIC Motor) βρίσκονται στην τελική ευθεία για να αναβαθμίσουν τις μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Κάνουν αγώνα δρόμου για να βρουν την λύση στο άγχος των καταναλωτών που έχει να κάνει με την -θεωρητικά- μικρή σημερινή αυτονομία και τον χρόνο φόρτισης μιας μπαταρίας. Δηλαδή επιδιώκουν να δημιουργήσουν μια μπαταρία όπου θα φορτίζεται μέσα σε 15 λεπτά στο 80% της χωρητικότητάς της, θα έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα και θα διαρκεί περισσότερο. Σημαντικό ρόλο θα παίξει η βελτίωση του προσδόκιμου χρόνου ζωής μιας μπαταρίας, καθώς οι απώλειες σήμερα εντοπίζονται στο 5-6% της συνολικής χωρητικότητας για κάθε χρόνο λειτουργίας.

Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών αποκάλυψαν ότι εάν οι μπαταρίες γίνουν στερεάς κατάστασης μπορεί να αυξηθεί σημαντικά η αυτονομία, ενώ παράλληλα θα μπορούν να διατηρήσουν το 80% της χωρητικότητάς τους για περισσότερες από 800 φορτίσεις. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης πιθανόν να είναι αυτές που θα κυριαρχήσουν το επόμενο διάστημα, όμως ακόμη δεν έχουν υπάρξει πραγματικές αναφορές.

Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα μέχρι σήμερα χρησιμοποιούν «υγρές» μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες χρησιμοποιούν υγρούς ηλεκτρολύτες για να μετακινούν την ενέργεια. Αυτές οι μπαταρίες σήμερα είναι αργές στη φόρτιση, μπορούν να παγώσουν σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν και περιέχουν εύφλεκτο υλικό που μπορεί να είναι επικίνδυνο σε περίπτωση σύγκρουσης.

Από την άλλη οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι κατασκευασμένες από στερεά αγώγιμα υλικά και το καλύτερο νέο είναι ότι τα συγκεκριμένα στοιχεία δεν είναι εύφλεκτα. Έτσι, δεν υπάρχει ανησυχία καύσης της μπαταρίας σε περίπτωση σύγκρουσης. Μπαίνοντας σε τεχνικές λεπτομέρειες αυτές οι μπαταρίες έχουν ενεργειακή πυκνότητα μεγαλύτερη από 1.000 watt ανά ώρα σε επίπεδο κυψέλης, η οποία είναι σχεδόν διπλάσια από αυτή των εμπορικών μπαταριών Li-ion. Αυτό επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το επίπεδο ενέργειας που μπορεί να προσφέρει μια μπαταρία σε σύγκριση με το βάρος της.

Η τεχνολογική ανακάλυψη της QuantumScape έχει να κάνει με την χρήση ενός κεραμικού διαχωριστή που μπορεί να αντικαταστήσει τον υγρό ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται σήμερα σε συμβατικές μπαταρίες μέσω του οποίου κινούνται τα θετικά και τα αρνητικά ιόντα. Αυτά τα συμβατικά κεραμικά έχουν σχεδιαστεί για να είναι ευέλικτα και όχι άκαμπτα όπως συμβαίνει με τα κεραμικά των ηλεκτρικών συσκευών. Η ενέργεια μπορεί να συνεχίσει να κινείται στα στοιχεία των μπαταριών σε εξαιρετικά κρύες θερμοκρασίες που αγγίζουν τους -30 βαθμούς Κελσίου, που σε διαφορετική περίπτωση θα προκαλούσε ανεπανόρθωτη βλάβη.

Μια καινοτομία της Samsung είναι η αφαίρεση των μεταλλικών ανόδων λιθίου που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες και η αντικατάστασή τους με ένα λεπτό στρώμα ασημιού και άνθρακα. Οι μεταλλικές άνοδοι ήταν αυτές που προκαλούσαν βραχυκύκλωμα στις μπαταρίες κατά τη φόρτιση, μειώνοντας παράλληλα το προσδόκιμο ζωής.

Σύντομα το εργαστηριακό αποτέλεσμα θα είναι μια μπαταρία με υψηλότερη χωρητικότητα και μεγαλύτερο προσδόκιμο ζωής. Επίσης, αναμένεται να είναι 50% μικρότερη σε σχέση με τις ήδη υπάρχουσες μπαταρίες ίδιας χωρητικότητας. Αυτό θα βοηθήσει στο σχεδιασμό και την κατασκευή ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου, προσφέροντας περισσότερους χώρους στους επιβάτες.

Μπορεί η κατασκευή μιας τέτοιας μπαταρίας να αργήσει για αρκετά χρόνια, όμως πρόσφατα η Toyota έχει δηλώσει ότι θα κατασκευάσει ένα πρωτότυπο μέσα στο έτος για να ξεκινήσει τις δοκιμές.

 

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ

Β