ככל ששוק ה-EV ממשיך לצבור תאוצה, לחלק מהרוכשים עדיין יש חששות לגבי טווח הנסיעה ובטיחות סוללת הליתיום-יון. כדי להתמודד עם החששות התקפים הללו, הרבה כסף וזמן מושקעים בפיתוח טכנולוגיות סוללה חדשות.
בשנים האחרונות, חברות משקיעות בסוללה ישנה אך משופרת המבוססת על אלומיניום ואוויר, שיש לה פוטנציאל לקדם את תעשיית ה-EV בצורה משמעותית. נראה שסוללת האלומיניום-אוויר (Al-air) היא מחליפת סוללות EV, אבל האם הכל הייפ?
מהי סוללת אלומיניום-אוויר?
כלי רכב חשמליים ממלאים תפקיד חיוני בהשגת עתיד אפס נטו. למרות זאת, חרדת טווח ושאלות בטיחות לגבי סוללות ליתיום-יון הן מחסומים שמעכבים את צמיחת שוק EV. סוללות ליתיום-יון הובילו את מהפכת ה-EV, אך היא עדיין מוגבלת לטווח של 400 מייל, מה שעלול להוות בעיות בנסיעות ארוכות בכביש.
הטרחה של מציאת עמדת טעינה באזורים מרוחקים והמתנה עד לטעינת EV שלך יכולה לדחות קונים פוטנציאליים. בעיות אחרות של סוללת ליתיום נתפסות, כמו השפלה של הסוללה, דליפות וטעינת יתר, גם הן לא עוזרות הרבה. עם כל טכנולוגיית הסוללות האחרות בחוץ, סוללות Al-air זוכות לכל כך הרבה תשומת לב כי אין צורך להטעין אותן מחדש.
הרעיון של סוללות אלה מתחיל בשנות ה-60. אבל מכיוון שהאלקטרוליט שלו היה קאוסטי ורעיל בצורה מסוכנת, לא ניתן היה להשתמש בו באופן מסחרי. טרבור ג'קסון, קצין הנדסה בצי המלכותי של בריטניה, החל להתנסות בסוללה בשנת 2001, מה שהופך אותה לבטוחה לשימוש. סוללות אל-אייר עשויות לוחית סגסוגת אלומיניום כאנודה, קתודה אוויר, אלקטרוליט לא רעיל כמו מים וזרז כסף.
איך עובדת סוללת אלומיניום-אוויר?
לסוללות EV מסורתיות יש שתי אלקטרודות, קתודה אחת ואנודה אחת העשויות מחומרים שונים, עם אלקטרוליט ביניהן. כאשר נעשה שימוש בסוללה, יונים זורמים מהאנודה דרך האלקטרוליט אל הקתודה. במהלך הטעינה, היונים זורמים בכיוון ההפוך בחזרה לאנודה.
סוללות אל-אייר פועלות באופן דומה לתא דלק. הוא משתמש באלומיניום באנודה ובחמצן בקתודה. התוצאה היא צפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה. בערך פי שמונה עד תשעה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון הנוכחיות המשמשות ברכבי רכב חשמליים, עלייה משמעותית בהספק. צפיפות האנרגיה מודדת כמה אנרגיה יכולה סוללה לאגור ליחידת מסה. צפיפות הכוח מודדת כמה אנרגיה מיידית היא יכולה לספק ליחידת מסה.
האנודה משחררת אלקטרונים כאשר אלומיניום מתחמצן, בעוד שהקתודה מפחיתה חמצן לשחרור אלקטרונים, ובכך מייצרת אנרגיה חשמלית. עומס יכול להיות מופעל על ידי הזרם החשמלי שנוצר על ידי אלקטרונים הנעים במעגל חיצוני. התוצאה הסופית היא אבקה לבנה שנוצרת על האנודה.
יתרונות וחסרונות של סוללות אלומיניום-אוויר
האלומיניום הוא המשאב הטבעי השלישי בשכיחותו בקרום כדור הארץ והוא המתכת הנפוצה ביותר על פני כדור הארץ, כך שסביר להניח שלעולם לא יגמר לנו. כתוצאה מהרכות שלו, קל לעבוד עם האלומיניום, והוא יציב, בניגוד לליתיום. יתר על כן, זה לא רעיל. להלן יתרונות נוספים של סוללות Al-air על פני סוללות ליתיום-יון:
- יותר זול להכנה
- יַצִיבוּת
- טביעת רגל פחמנית נמוכה יותר במונחים של כרייה וזיקוק
- אוגר הרבה יותר אנרגיה
- קל יותר מרוב הסוללות האחרות בגלל שהסוללה עשויה מאלומיניום ואוויר
- ניתן למחזור ברמה גבוהה
למרות היתרונות שלה, יש כמה חסרונות לסוללה הזו. ראשית, יש לו החיסרון שהיא סוללה ראשית. בעיקרו של דבר, לא ניתן להטעין אותו לאחר שהסוללה ריקה או ריקה. יתר על כן, האוויר בתוך הסוללה מאכל את האנודה מאלומיניום. לכן, יש להחליף את לוח האלומיניום בסוללה, דבר שעלול לעלות ביוקר. בנוסף, עלויות ייצור הסוללה יכולות להיות מושפעות מהמחיר המשתנה של הכסף שהסוללה מכילה.
בעיות עם סוללות ליתיום-יון
מדענים פיתחו סוללות טובות יותר בשל החסרונות של סוללות ליתיום-יון השולטות בשוק החשמל. ליתיום, ניקל וקובלט המשמשים בסוללות ליתיום-יון הן מתכות אדמה נדירות המצויות רק בחלקים מסוימים של העולם. נכון לעכשיו, כלי רכב חשמליים מהווים 6% מכלי הרכב על הכביש, וכריית המתכות הללו נמצאת בעיצומה; תארו לעצמכם כאשר מספרי EV מטפסים ל-50% או 80%. חסרונות נוספים של סוללות ליתיום-יון כוללים את הדברים הבאים:
- יקר לייצור, למרות שהמחירים ירדו
- חוסר יציבות של ליתיום
- לחץ על הרשת הלאומית
- רשתות טעינה יקרות ומתוחכמות
- השפעות סביבתיות הקשורות לכרייה ולזיקוק, אם כי יותר סוללות ליתיום ממוחזרות
החלפת סוללה לעומת טעינה
ישנם גורמים שכדאי לזכור כאשר שוקלים החלפת סוללה לעומת טעינה. על מנת לקבל את אותו טווח לכל טעינה, יהיה צורך בחבילת סוללות בגודל 1/8 של סוללת ליתיום-יון. הודות למשקל הקל יותר של סוללות Al-air, רכבי EV יוכלו לנסוע רחוק יותר, ולהגביר את היעילות הכוללת.
זה יהיה גם קל ונוח יותר לארוז את הסוללה במיקום בתוך ה-EV שיהיה נגיש בקלות, כך שניתן יהיה להחליף אותה בקלות בעת הצורך. חלק מהחברות העריכו זמן החלפת סוללות EV אלומיניום-אוויר של שלוש דקות בלבד, מה שמחזיר את בעלי ה-EV לדרך במהירות.
לפי הערכות, סוללות אל-אייר מחזיקות מעמד כ-5,400 מיילים. השאלה היא: למה שמישהו ילך במסלול הזה במקום לטעון? עם EV המופעל על ידי Al-air, אתה יכול ללכת הרבה יותר רחוק מבלי למצוא עמדת טעינה. סיבה נוספת היא שהחלפת סוללת Al-air המדולדלת שלך לסוללת ממוחזרת היא הרבה יותר זולה עלות החלפת סוללת טסלה. מכיוון שהחלק היחיד שניתן להחלפה הוא לוחות האלומיניום, שניתן למחזר ב-100%, אתה משלם על הקילומטרים שאתה נוסע.
האם סוללות אלומיניום-אוויר הם העתיד?
אפשר להשתמש בסוללות Al-air בכלי רכב חשמליים של היום. סוללות אלו ככל הנראה יגדלו בפופולריות ככל שתחנות החלפת סוללות יהפכו נפוצות יותר. עד אז, הם יכולים לשמש גם כדי להרחיב את הטווח של סוללות ליתיום-יון EV, ולפתור את הבעיה של צורך להטעין מחדש כאשר אינך מסוגל.
בסופו של דבר, לרוכשי רכבי רכב תהיה אפשרות להחליף סוללות או להטעין את הרכבים שלהם, ובסופו של דבר ליצור שוק רכבי רכב צדדי יותר לטובת כולם. כתוצאה מכך, המעבר לעולם המבוסס כולו על כלי רכב חשמליים ימשיך להאיץ.
