הטכנולוגיות החדשות לשיפור טווח סוללה ברכב חשמלי

פולימרים מהפכניים, הנדסה יצירתית, ושילוב חומרים כמו מלח: אלה רק חלק מהטכנולוגיות שעתידות להזניק את ביצועי סוללה ברכב חשמלי בעשורים הקרובים. בכתבה זו נציג לכם כמה מהן

סוללה ברכב חשמלי היא יותר ממקור כוח: היא תקבע כמה רחוק תוכלו לנסוע, כמה תעלה לכם המכונית, ואפילו אם טווח הנסיעה המוצהר אכן יתממש בשטח, כשתעלו על ההגה. טכנולוגיות הסוללה של ימינו יעילות ומשתפרות במהירות, אך מעבר לפינה כבר מחכות פריצות הדרך הבאות, אלה שיספקו לכם טווח של אלפי קילומטרים לטעינה בודדת, שבעצמה תימשך פחות מ-20 דקות. מאמר זה יקח אתכם לסיבוב במעבדות המחקר שבהן מפותחים מספר סוגי סוללות לרכב חשמלי, כאלה שישנו לגמרי את עולם התחבורה. 

הברקה קוריאנית: סוללות חזקות פי עשרה

סוללות רכבים חשמליים מתבססות בימינו על טכנולוגיית ליתיום-יון: לסוללה יש אנודה וקתודה שמכילות ליתיום עם רכיב מפריד ביניהן, ובו יונים של ליתיום.

מחקר חדש של אוניברסיטאות Sogang ו-POSTECH - שני מוסדות עילית אקדמיים מדרום קוריאה, שמתמקדים בפיתוחים חדשניים, מצא דרך יצירתית לשפר דרמטית את ביצועי הסוללה: אנודה מחומר חדש לחלוטין, פולימר שעשוי שכבות סיליקון, ומסוגל לספק קיבולת גדולה פי עשרה משל סוללה בטכנולוגיה הנוכחית. 

סוללה שכזו תאפשר פיתוח מכוניות חשמליות בהן הסוללה הרבה יותר קטנה וקלה, ועדיין תאפשר טווח נסיעה גדול בהרבה מהמצוי בשוק. מהנדסים יוכלו למזער את הסוללה, אפילו עד רמה של ערכת סוללה חיצונית, מארז, כמו בקורקינט חשמלי, שאפשר להטעין בבית ולהכניס לרכב כשיוצאים לנסיעה. עוד אפשרות הנדסית תהיה להשאיר את הסוללה באותו הגודל, אך לקבל מכונית חשמלית שנוסעת גם אלפי קילומטרים בטעינה בודדת. 

איך זה עובד? צוות החוקרים הצליח לשלב סיליקון בפולימר הסוללה בצורה חדשה. שילובים קודמים השפיעו לרעה על האנודה בגלל התרחבות של הפולימר בעקבות התגובה שלו למגע עם הליתיום. המחקר החדש נשען על פיתוח פולימר יציב יותר, בשילוב פוליאתילן גליקול למיתון ההתרחבות. החוקרים סבורים שהשיטה החדשה תאפשר לשדרג את הסוללות ואף להאריך את חייהן. כל מחזור טעינה של סוללת רכב חשמלי משפיע במעט על יעילותה, וסוללה בעלת קיבולת גדולה יותר, פירושה פחות טעינות ומכונית חשמלית ששומרת על יכולותיה לשנים ארוכות. 

עדיין לא ברור כמה תעלה סוללה שכזו ומערכי הייצור מכוונים כיום אל טכנולוגיית הליתיום-יון הפשוטה והנפוצה, שיש לה שימוש באינספור יישומים אחרים, מסוללות אצבע, דרך סוללות סמארטפונים ועד לסוללות של מכשירי סוללות ליתיום-פולימר שכאלה לכל מכונית בעתיד. 

הברקה סינית: יותר סוללה בסוללה

חברת CATL, יצרנית הסוללות הגדולה והמובילה בעולם שמחזיקה יותר מ-25% מהשוק, וגם זו שמייצרת את הסוללות לרכבי ג'ילי, חשפה לאחרונה פיתוח חדשני לשיפור הסוללה. היצרנית הציגה עיצוב מהפכני של סוללה המאפשר צפיפות אנרגיה כפולה. הסוללה נשארת באותו הגודל, אך צפיפות האנרגיה בסוללה עולה מ- 250 ואט-שעה לק"ג שנפוץ כיום, ל- 500 ואט-שעה לק"ג. מדובר בחלומה של כל יצרנית רכב. הרכב נשאר באותו גודל, צורה ומשקל ובעצם לא צריך לשנות דבר, בעוד הטווח מוכפל.

איך זה עובד? הסוללות החדשות של CATL פשוט הונדסו בצורה חכמה מאוד שאיפשרה למזער את רכיבי הסוללה ולשפר את ביצועיה. כמו כן, סוללות CATL מושפעות פחות מטמפרטורת הסביבה בזכות מודול קירור שהוא חלק מהסוללה עצמה ויושב בין תאי האנרגיה שלה. ניהול החום שיפר דרמטית את התפוקה ושימור האנרגיה, וכך אפשר להוציא יותר כוח מכל ק"ג של סוללה. 

הסוללה החדשה של CATL, שכרגע נמצאת בשלב ניסויים על כלי תעופה, מצטרפת למעשה לגל פיתוחים בתחום סוללות מצב מוצק, שצפוי להזניק בעתיד את טווח הנסיעה ולחתוך ב-80% את זמן טעינת הרכב. כל הסוללות בנות זמננו נשענות, למעשה, על חומר אלקטרוליטי במצב נוזלי או ג'ל, שדרכו עוברים אלקטרונים בין האנודה והקתודה. השיטה יעילה ונוחה, אך רגישה לנזקים פיזיים שיכולים לגרום לדליפה, מושפעת יותר מטמפרטורת הסביבה, ומוגבלת בעמידות למתחים גבוהים. אלקטרוליט מוצק יאפשר להפוך את הסוללה לקלה בהרבה, עמידה פי כמה, ויצרניות רכב רבות משקיעות בתחום. CATL הצליחה לשלב רכיב מוצק למחצה בסוללה שאכן מציגה ביצועים מעולים וטווח ארוך, אך עדיין לא במחיר ישים כלכלית. 

האפיק היצירתי ביותר לסוללות CATL הוא החלפת הליתיום בחומר אחר: מלח. הרבה יותר קל וזול להשיג ולעבד אותו, הוא אינו רעיל בשום תצורה ואם ישולב בסוללה יאפשר הוזלה משמעותית במחירי התחבורה החשמלית. כמו סוללות המצב המוצק, גם זו טכנולוגיה שעדיין צריכה להבשיל - הן ברמה המוצרית והן ברמה המסחרית. 

הסוללה של ג'ילי: הנדסה נבונה וטווח נסיעה גבוה 

יצרנית הרכב הסינית המובילה, ג'ילי, השקיעה מאז ומעולם בסוללות המתקדמות והיעילות ביותר, תוצרת CATL, המציגות טווח נסיעה מבין הגבוהים בארץ. לכל דגם של כל יצרן יש טווח שמופיע במפרט הטכני שלו, עם כוכבית - הקילומטרז' הזמין לנהג יושפע מאופי הנהיגה, תוואי השטח, הטמפרטורה, בלאי הסוללה ועוד.  במבחני כביש שבוצעו בארץ בשנים האחרונות לרכבים חשמליים, הגיעה המכונית ג'אומטרי C של ג'ילי כמעט ל-100% מהטווח המוצהר שלה בנסיעה אחת רצופה, זאת בעוד שדגמי רכב חשמלי אחרים הציגו חריגה של 25% ויותר מהטווח המוצהר שלהם. 

אבל מהנדסי ג'ילי לא מסתפקים בכך וממשיכים לעבוד על פיתוחים יצירתיים ומקוריים לשיפור יעילות וטווח הסוללה. טכנולוגיות העתיד של ג'ילי נשענות על סוללות ליתיום-ברזל פוספט, בעלות אורך החיים הממושך ביותר בשוק. הסוללות הללו יאפשרו טווחים ארוכים מאי פעם וטעינה ל-80% תוך כ-15 דקות בלבד.

לסיכום, יותר ויותר צרכנים רוצים רכב חשמלי שייקח אותם לאן שירצו בבטחה ובמהירות, עם זמני טעינה קצרים וטווחי נסיעה ארוכים. דור הסוללות הנוכחי מספק כ-400 ק"מ בקטגוריית המחיר הנגישה, ו-600 ק"מ ויותר בקטגוריות הפרימיום, אך התמונה עתידה להשתנות במהירות. תוך שנים ספורות הטווח הממוצע יעמוד על 800 ואפילו 1,000 ק"מ, והסוללות יישחקו פחות, כך שנהגים יוכלו ליהנות מרכבם יותר שנים. בכך, תעזור התחבורה החשמלית גם לצמצום ההשפעה הסביבתית של גריטת כלי רכב, ולא רק לחיסול פליטת חומרים מזהמים. שוק הרכב החשמלי בישראל הוא אחד המעניינים בעולם עבור יצרניות התחבורה החשמלית, לאור מהירות האימוץ והפתיחות שלו, ולכן ישנם חידושים ושיפורים שאולי כבר בדרכם אלינו, לרווחת הנהגים.