Τι είναι μια μπαταρία στερεάς κατάστασης;

Πολλά από τα καλύτερα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα (EV) είναι πιο ενεργειακά αποδοτικά από ποτέ, ειδικά τώρα που κορυφαίοι κατασκευαστές όπως η Honda και η Toyota επενδύουν ήδη στην επόμενη γενιά ισχύος EV. Αναφερόμαστε στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης, μια εξελισσόμενη τεχνολογία που θα μπορούσε να αποφέρει σημαντικά κέρδη για τους κατόχους EV όσον αφορά την αυτονομία οδήγησης και τη συνολική απόδοση. Ενώ υπάρχει μια συζήτηση στην αυτοκινητοβιομηχανία σχετικά με το τι ακριβώς αποτελεί μια μπαταρία στερεάς κατάστασης, τα βασικά είναι τα εξής: Ένα παραδοσιακό στοιχείο EV χρησιμοποιεί υγρούς ηλεκτρολύτες ως δίοδο για τα ιόντα να ταξιδεύουν μεταξύ της καθόδου της μπαταρίας (αρνητικός ακροδέκτης) και της ανόδου (θετικός ακροδέκτης).

Μια κυψέλη στερεάς κατάστασης χάνει τον υγρό ηλεκτρολύτη υπέρ των πολυμερών, των σουλφιδίων και των κεραμικών — «στερεών» υλικών που καταλαμβάνουν λιγότερη ακίνητη περιουσία μέσα σε ένα τούβλο EV. Στα χαρτιά, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν ξεπερνούν απλώς τις σημερινές κυψέλες ιόντων λιθίου. Μπορούν να αντέξουν υψηλότερες τάσεις και θερμοκρασίες, να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια ανά κιλό και να τα κάνουν όλα ενώ μειώνουν το βάρος της μπαταρίας. Με μια μπαταρία στερεάς κατάστασης εγκατεστημένη στο αυτοκίνητό σας, θα εξακολουθείτε να είστε υπεύθυνοι για την επαναφόρτιση της μονάδας, αλλά η ισχύς που μπορεί να χωρέσει η μπαταρία και το πόσο γρήγορα μπορεί να ξαναγεμιστεί, θα μπορούσε να είναι πολύ διαφορετική μέχρι το τέλος της δεκαετίας του 2020.

Η ιδέα μιας πλήρως στερεάς κατάστασης μπαταρίας EV δεν είναι καινούργια. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες κυνηγούν αυτήν την τεχνολογία εδώ και χρόνια, με την Toyota να παρουσιάζει ακόμη και ένα λειτουργικό πρωτότυπο το 2010 και αρχικά να προβλέπει την εμπορική παραγωγή μέχρι το 2020. Αυτά τα σχέδια έχουν καθυστερήσει έκτοτε και η εταιρεία αναμένει τώρα τα πακέτα στερεάς κατάστασης να φτάσουν πιο κοντά στο 2027. Λέμε “εντελώς” γιατί η βιομηχανία δεν έχει πια σταθεί. Πολλοί κατασκευαστές έχουν ήδη αρχίσει να απομακρύνονται από τα παραδοσιακά σχέδια υγρών ηλεκτρολυτών υιοθετώντας ημι-στερεούς ηλεκτρολύτες σε κυψέλες σχεδόν στερεάς κατάστασης και ιονικά αγώγιμα πολυμερή υλικά που συμπεριφέρονται περισσότερο σαν στερεά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό είναι πολλή ορολογία χημείας, αλλά αυτό που πραγματικά σημαίνει είναι ότι ήδη βλέπουμε μπαταρίες που λειτουργούν λίγο περισσότερο σαν λύσεις στερεάς κατάστασης, ακόμα κι αν δεν είναι ακόμη πλήρως εκεί.

Η επιστήμη είναι διασκεδαστική και όλα αυτά, αλλά πώς ακριβώς θα ωφελήσει η τεχνολογία στερεάς κατάστασης στους μελλοντικούς οδηγούς EV; Σύμφωνα με την Toyota, η φόρτιση μιας μπαταρίας στερεάς κατάστασης για μόλις 10 λεπτά θα πρέπει να είναι αρκετή για να τη μεταφέρει από το μηδέν στο 70%. Η εταιρεία ισχυρίζεται επίσης ότι οι οδηγοί στερεάς κατάστασης θα πρέπει να βλέπουν περίπου 520 μίλια αυτονομίας. Η Toyota και άλλες εταιρείες που εργάζονται για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν είναι οι μόνες στον αγώνα. Μόλις τον περασμένο μήνα, η Honda άνοιξε μια νέα μονάδα παραγωγής στη Sakura της Ιαπωνίας, επικεντρωμένη στην επικύρωση και τη βελτίωση των μεθόδων παραγωγής που απαιτούνται για τις μπαταρίες EV επόμενης γενιάς. Ο στόχος του εργοστασίου είναι να αναπτύξει και να κλιμακώσει τις διαδικασίες που θα υποστηρίξουν τελικά την πλήρη κατασκευή μπαταριών στερεάς κατάστασης.

Οι αυτοκινητοβιομηχανίες εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν πολλά εμπόδια προτού τα ηλεκτρικά ηλεκτρικά στερεάς κατάστασης καταφέρουν να φτάσουν στην παραγωγή πλήρους κλίμακας. Πρώτον, η τεχνολογία είναι επί του παρόντος πιο δαπανηρή στη μηχανική και την κατασκευή, πράγμα που σημαίνει ότι οι εταιρείες θα πρέπει να βρουν τρόπους να ευθυγραμμίσουν το κόστος με τα σημερινά πακέτα ιόντων λιθίου. Θα πρέπει επίσης να διασφαλίσουν ότι οι μπαταρίες είναι αξιόπιστες και ασφαλείς υπό πραγματικές συνθήκες οδήγησης, όχι μόνο στο εργαστήριο. Πέρα από το εργοστάσιο, τα δίκτυα σέρβις και τα συνεργεία επισκευής θα απαιτήσουν νέα εκπαίδευση και εξοπλισμό για τη σωστή συντήρηση και διάγνωση αυτών των συστημάτων επόμενης γενιάς.

Ωστόσο, η στροφή προς τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης δείχνει ένα συναρπαστικό μέλλον για τους κατόχους ηλεκτρικών οχημάτων – ένα μέλλον όπου η φόρτιση απαιτεί λιγότερο χρόνο, τα χιλιόμετρα αυξάνονται και η καθημερινή οδήγηση γίνεται πιο ενεργειακά αποδοτική. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν ακόμα πολλά να αγαπήσουμε για την κατάσταση των οχημάτων EV στο παρόν. Όχι μόνο είναι φθηνότερο να οδηγείτε ένα ηλεκτρικό όχημα από ένα αυτοκίνητο με φυσικό αέριο, αλλά υπάρχουν ήδη πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορείτε να επεκτείνετε την εμβέλεια των μπαταριών του ηλεκτρικού σας οχήματος, χωρίς τεχνολογία στερεάς κατάστασης.