„Kurti akumuliatorius šiuo metu yra neįtikėtinai įdomu“ > Tvarumas > Audi Lietuva | Audi.lt
Audi Lietuva | Audi.lt Tvarumas
„Kurti akumuliatorius šiuo metu yra neįtikėtinai įdomu“

„Kurti akumuliatorius šiuo metu yra neįtikėtinai įdomu“

Vokiečių chemikas Maximilianas Fichtneris atlieka ateities akumuliatorių technologijos tyrimus. Jis įsitikinęs, kad efektyvūs akumuliatoriai yra raktas į elektromobilių sėkmę.

Tekstas: Patrick Morda ir Bernd Zerelles - gif: Vladislav Solovjov - nuotr: “Volkswagen AG“ Skaitymo laikas: 4 min.

Abstract illustrated waves that move.

Profesoriau M. Fichtneri, baterijos yra svarbiausia elektromobilio dalis. Kokia baterija šiam tikslui yra geriausia? 
Tai baterija, kuri, priklausomai nuo transporto priemonės ir jos paskirties, suderina geriausias saugojimo talpos, greito įkrovimo, mažos kainos, saugumo ir tvarumo savybes. Prabangių automobilių klasėje svarbiausia yra ilgas nuvažiuojamas atstumas. Kompaktinėje klasėje akumuliatorius turėtų būti gerokai pigesnis, tačiau jo talpa neturi būti tokia didelė.

Elektromobilyje baterijai vietos yra nedaug. Kokios konstrukcijos reikėtų siekti, kad tokio pat dydžio baterijos būtų dar talpesnės?
Kai kurie gamintojai dirba su vadinamuoju „cell-to-pack design“ arba „cell-to-body design“, t. y. baterijų paketai nebėra sudaryti iš šokolado plytelės dydžio elementų, o yra lentos dydžio. Tokiems didesniems įrenginiams reikia mažiau pakavimo medžiagos, todėl atsiranda daugiau vietos pačiai laikymo medžiagai. Jų integracijos tankis siekia daugiau kaip 70 procentų, o įprastų akumuliatorių – tik apie 50 procentų. Elektromobilių gamintojai, ketinantys kurti savo baterijas, į šiuos technologinius šuolius turėtų atsižvelgti nuo pat pradžių. Juk svarbu ne atskiras akumuliatoriaus elementas, o sukurti elementus, kurie užima kuo mažiau vietos ir kartu yra kuo didesni.

Kokios pažangos baterijų srityje tikitės artimiausiais metais? 
Tikimės, kad pažanga vyks šuoliais. Jau paskelbta, kad 2023 m. pasirodys pirmieji dviejų Kinijos gamintojų akumuliatoriai, kurie leis nuvažiuoti daugiau nei 1000 km. Tuo pat metu tikimasi, kad 700 kilometrų atstumui juos bus galima įkrauti per mažiau nei 10 minučių. Mane patį, kaip mokslininką, stebina ši dinamika. Tai būtų didžiulis šuolis baterijų technologijoje, kuris net nėra pagrįstas sudėtinga nauja baterijų chemija, o veikiau technologinėmis priemonėmis.


„Elektromobilių gamintojai, ketinantys kurti savo baterijas, į šį technologinį šuolį turėtų atsižvelgti nuo pat pradžių.“

 

Prof. Dr. Maksimilians Fihtners Vācijā veic bateriju nākotnes tehnoloģiju izpēti.

Prof. Dr. Maximilianas Fichtneris Vokietijoje atlieka ateities akumuliatorių technologijų tyrimus.

 

Prof. Dr. Maximilian Fichtner

Prof. Dr. Maximilianas Fichtneris Vokietijoje atlieka ateities baterijų technologijų tyrimus. Jis yra Helmholco instituto Ulme Elektrocheminių energijos kaupiklių instituto (HIU), kuris daugiausia dėmesio skiria naujos ir vėlesnės kartos elektrocheminių akumuliatorių koncepcijų tyrimams ir plėtrai, vykdomasis direktorius. HIU, kurį 2011 m. įkūrė Karlsrūhės technologijos institutas (KIT), apie 150 mokslininkų tiria tolesnį ateities energijos kaupimo sistemų, skirtų stacionariam ir mobiliam naudojimui, pagrindų vystymą. M. Fichtneris yra ne tik HIU direktorius, bet ir Kietųjų kūnų chemijos tyrimų grupės vadovas. Be to, chemikas taip pat yra CELEST, Elektrocheminių energijos kaupyklų centro Ulme ir Karlsrūjėje, mokslinių tyrimų platformos, kurioje į praktinį pritaikymą orientuoti fundamentiniai tyrimai derinami su praktine plėtra ir inovatyviomis gamybos technologijomis, direktorius. Jis taip pat yra POLiS kompetencijos klasterio, kuris vykdo ateities baterijų, galingesnių, patikimesnių, tvaresnių ir ekologiškesnių nei dabartinės ličio jonų baterijos, mokslinius tyrimus, atstovas.

 

Įkrovimo galia dažnai pamirštama. Koks yra ryšys tarp įkrovimo greičio ir baterijų technologijos?
Tai tiesa, nes retai kada vienu metu nuvažiuojate 600 kilometrų. Todėl svarbu, kad dideli akumuliatoriai galėtų būti greitai įkraunami. Galų gale, iš tikrųjų tai ir yra svarbiausia. Kai galite įkrauti savo elektromobilio akumuliatorių nuo 10 iki 80 proc. vos per dešimt minučių, vidaus degimo varikliui žaidimas baigtas.
Yra medžiagų, kurios leidžia akumuliatorius įkrauti greičiau, o kitoms prireiks daugiau laiko. Techniškai kalbant, įkraunant ličio jonai juda iš katodo į anodą, o anodas kaupia ličio jonus, kai akumuliatorius įkraunamas.
Šiuo metu į anodą dedamas grafito sluoksnis. Yra akumuliatorių gamintojų, kurie vietoj jų nori naudoti silicio ir anglies kompozitus, nes juos galima įkrauti daug greičiau, net ir esant žemai temperatūrai. Kalbant apie medžiagas, yra daug plėtros galimybių. Vien pakeitus anodo medžiagą, visas elementas įgytų 30 proc. didesnę talpą. Taigi mūsų dar laukia neįtikėtinas proveržis.
Vis dėlto, jei norite įkrauti 60 kWh akumuliatorių per dešimt minučių, jums reikės 360 kW įkrovimo galios elektromobilių įkroviklio. Taigi šiuo metu apribojimas yra ne akumuliatoriaus galia, o elektromobilių įkrovimo infrastruktūra. 

Išmaniųjų telefonų baterijų našumas po dvejų ar trejų metų dažno naudojimo gerokai sumažėja? Kiek laiko tarnauja elektromobilių baterijos?
Įvairios baterijos labai skiriasi, o išmanieji telefonai iš tikrųjų yra skirti būti keičiami kas trejus metus. Elektromobilyje baterijos valdymo sistema yra daug pažangesnė, o akumuliatorius nuo perkaitimo ir kitų kenksmingų poveikių saugomas įvairiais būdais, pavyzdžiui, pažangiu įkrovos valdymu. 
Tyrimai su naujesniais automobiliais rodo, kad po penkerių metų baterijos likutinė talpa paprastai vis dar siekia 95 proc. Elektromobilio pavaros akumuliatorius yra suprojektuotas taip, kad galėtų atlikti 2000 pilnų ciklų. Pavyzdžiui, 2000 kartų padauginus iš 500 kilometrų ridos, gaunama 1 milijono kilometrų talpa.
Po šių 2000 ciklų baterija pasiekia 80 proc. likutinės talpos ribą, kuri laikoma baterijos eksploatavimo pabaigos riba. Tačiau tuomet akumuliatorius dar toli gražu nėra sugedęs ir dar dešimt metų gali gerai veikti, pavyzdžiui, fotovoltinių ar vėjo jėgainių stacionariose kaupimo sistemose.


Elektromobilio pavaros akumuliatorius gali atlikti 2000 ciklų.

Maximilian Fichtner

Abstract illustrated crystals that move.

Visame pasaulyje statomos baterijų gamyklos. Ar artimiausiais metais ar dešimtmečiais nepritrūksime žaliavų elementams gaminti?
Šiuo metu jų kiekis yra pakankamas. Tačiau gamybos pajėgumai dar nėra pritaikyti prie sparčiai augančios paklausos, todėl kai kuriose srityse gali atsirasti kliūčių. Mes, mokslininkai, bandome ištaisyti šią padėtį, pavyzdžiui, visiškai atsisakydami kobalto naujose baterijose ir ateityje iš dalies pakeisdami litį natriu. Tai gerokai sumažins galimą žaliavų trūkumą.
Šiuo metu Vokietijoje planuojama pastatyti vienuolika didelių baterijų gamyklų, o tai neturi analogų. Yra didžiulis potencialas padaryti teisingų dalykų. Esminis klausimas: ar šios gamyklos gamins tik elementus, ar apims visą sistemą? 

Kiek svarbūs šiame kontekste yra panaudotų baterijų perdirbimo procesai?
Labai svarbūs. Apskaičiuota, kad maždaug nuo 2034 m. pusė reikalingų žaliavų jau bus perdirbama. Šiuo metu Europoje veikia 38 baterijų perdirbimo gamyklos, kurios kuria naujus procesus ir plečia savo pajėgumus. Šio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje reikės perdirbti didelį kiekį elektromobilių baterijų, tam reikia pasirengti. 

Akumuliatorius sudaro didelę dalį elektromobilio kainos. Kas turi įvykti, kad šios sąnaudos sumažėtų?
Tam būtina naudoti pigesnes medžiagas, t. y. žaliavas, kurios yra paplitusios, pasitaiko visame pasaulyje ir gali būti nedsudėtingai išgaunamos. Be to, gamintojai turi sukurti naujus energiją ir laiką taupančius procesus.
Be perėjimo prie tvaresnių medžiagų, išlaidų mažinimas yra didžioji baterijų gamybos tendencija. Tai galioja visur: mažiau vietos, mažiau energijos, mažiau laiko. Kūrimo srityje daug kas vyksta, ir tai vyksta greičiau, nei kartais gali atrodyti. Akumuliatorių kūrimas šiuo metu yra neįtikėtinai įdomus.


Audi

Greitas įkrovimas su poilsio zona

„Audi“ įkrovimo centras yra bandomasis aukščiausios klasės elektrinio mobilumo įkrovimo infrastruktūros projektas.