„Audi“ įkrovimo centras yra bandomasis aukščiausios klasės elektrinio mobilumo įkrovimo infrastruktūros projektas.
Vokiečių chemikas Maximilianas Fichtneris atlieka ateities akumuliatorių technologijos tyrimus. Jis įsitikinęs, kad efektyvūs akumuliatoriai yra raktas į elektromobilių sėkmę.
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.
Prof. Dr. Maximilianas Fichtneris Vokietijoje atlieka ateities akumuliatorių technologijų tyrimus.
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.
Maximilian Fichtner
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.