ראש צוות מחקר הסוללות של טסלה, פרופ' ג׳ף דאהן (Jeff Dahn), פרסם לאחרונה מידע בנוגע לפריצה נוספת בטכנולוגיית הסוללות וציין שהתקדמות זו עשויה לאפשר תעופה חשמלית.
במאמר, שפורסם בכתב העת Nature Energy ונושא את הכותרת הקליטה ״אבחנה ותיקון של כשל בתאי אנרגיה נטולי אנודה באמצעות הערכה אלקטרוליטית ומורפולוגית״, מתמודדים דאהן והחוקרים בצוותו עם המגבלות של סוללות הליתיום.
סוללות הליתיום ״המסורתיות״, סוללות יון-ליתיום, זכו לפופולריות רבה בשל יכולתן לאגור אנרגיה באופן יעיל מאד ונמצאות בלב תעשיית הטלפונים הניידים, המחשבים והרכבים החשמליים, נתונות גם לבלאי מהיר שמגביל את השימוש בהן בכלים גדולים.
לדברי הכותבים, סוללות ליתיום נטולות אנודה (מרכיב פנימי במבנה הסוללה הטעון במטען חשמלי שלילי – ש״פ) הן אפילו יעילות יותר מאשר סוללות יון-ליתיום ומסוגלות לאגור עד שישים אחוזים יותר אנרגיה ביחס לנפחן. השימוש בסוללות אלו יכול להגדיל את טווח הנסיעה של הרכב החשמלי הממוצע במאתיים ושמונים קילומטר לכל טעינה ואפילו לפתור את הפרדוקס האנרגטי של התעופה החשמלית.
אך סוללות הליתיום המתקדמות, שנקראות גם סוללות מתכת-ליתיום, עוברות בלאי מהיר, מאבדות את יעילותן ולכן בעלות תוחלת חיים קצרה יחסית – ומסיבה זו לא נכנסו לשימוש עד כה.
המפתח להצלחה – להביא ליציבות
הבעיה עמה התמודד הצוות של טסלה נמצאת במרכז העיסוק של צוותים רבים בקהילת מחקר ופיתוח סוללות הליתיום. דוגמה אחת להשקעה הזו במחקר הסוללות היא של צוות מאוניברסיטת סטנפורד, שזיהה כי שימוש בתמיסת אלקטרוליטים מסוימת מאפשרת לייצב את הסוללה ולהאריך את תוחלת חייה.
״רוב הרכבים החשמליים מתבססים על סוללות יון-ליתיום, שהולכות ומתקרבות לשיא ניצול האנרגיה התיאורטי האפשרי״ כתב יי צוי, אחד ממובילי המחקר של סטנפורד, בתיאור הבעיה המטרידה את חברות הרכב וצוותי המחקר. ״המחקר שלנו מתמקד כעת בסוללות מתכת-ליתיום, הקלות יותר מסוללות יון-ליתיום ויכולות לספק אנרגיה רבה יותר ביחס למשקלן ולנפחן״.
במחקר שבוצע בסטנפורד ופורסם בחודש יוני השנה הוצגה תמיסה המכילה מינרלים טעונים שייצבו את הסוללה ומנעו את הפריקה המהירה של המטען בה. מנגד, במהלך הניסוי של סטנפורד הגיבה האנודה עם התמיסה בצורה הרת אסון: בתגובה הכימית נוצרו משקעים מיקרוסקופיים של ליתיום שבסופו של דבר הביאו להצתה של הסוללה ולכשל שלה אחרי שלושים מחזורי חיים בלבד.
על מנת לפתור את הבעיה החדשה שנוצרה, שינו בסטנפורד את הרכב המומסים בנוזל והצליחו להגיע לתוצאה דרמטית: הסוללה הצליחה לשמור על יציבות במשך ארבע מאות ועשרים מחזורים, פי ארבעה עשר יותר מאשר עם התמיסה הקודמת – וגם הצליחה לאגור יותר אנרגיה בתוכה.
דרך נוספת להתמודדות עם הבלאי המהיר הוא שימוש בתמיסת אלקטרוליטים טעונים אך השמטת האנודה מהסוללה, כפי שביצעו החוקרים מטסלה.
מספיק יעיל? לא בטוח
״אם הצלחת לטעון אלף יוני ליתיום, כמה מהם יחזרו אחרי פריקת המטען החשמלי?״ שאל צוי בהודעה לעיתונות. ״במצב האידאלי, נרצה שכל האלף יחזרו – זו יעילות של מאה אחוזים״. על מנת שסוללה תוכל להשתלם מבחינה מסחרית, יעילות הזרם שלה צריכה לעמוד על 99.9 אחוזים. במחקר של סטנפורד הגיעה היעילות הנמדדת לטווח שבין 99.52 ובין 99.99 אחוזים.
בראיון עמו שבוצע בחודש יוני, ציין דאהן שרוב סוללות יון-הליתיום שבשימוש מנוצלות ב-99.8 אחוזים מהיעילות המקסימלית האפשרית ומחזיקות כך במשך ארבע עד חמש שנים. אך כדי שרכב חשמלי יצליח לשמור על יעילות אנרגטית במשך עשרים שנה, יעילות הזרם של הסוללות בו צריכות לטפס עוד ולהגיע לערך של 99.95 אחוזים.
על אף שההבדל נשמע מזערי, כשמדובר ברכב המיועד לגמוע מאות אלפי (ואפילו יותר) קילומטרים לאורך עשור (ואפילו יותר) שנים, כל אלקטרון נחשב וההבדלים הללו מתורגמים הן לקיצור חיי הסוללה באופן משמעותי והן לעלויות גבוהות יותר עבור הלקוחות.
במאמר החדש מבית היוצרים של טסלה, מתארים הכותבים את השימוש במיקרוסקופ אלקטרונים ושיטות הדמיה המבוססות קרני רנטגן ו-MRI על מנת לזהות את תהליכי הבלאי העוברים על סוללות הליתיום נטולות אנודה. באמצעות ממצאיהם הצליחו בצוות לפתח תמיסת אלקטרוליטים משופרת שאפשרה לסוללה מהדור החדש והניסיוני להכפיל את תוחלת חייה ולהגיע למאתיים מחזורים.
עוד מוקדם להמריא עם הסייברטראק
חשוב לא להתבלבל: מאתיים מחזורים עבור סוללה זה לא הרבה בכלל. עם זאת, יכולת אגירה משופרת כמו זו שמאפשרות סוללות מתכת-ליתיום הופכת את הבשורות לחיוביות מאד. במידה ויצליחו מחקרים נוספים להוכיח שחיי הסוללה יכולים להתארך עוד, הפוטנציאל הטכנולוגי עצום.
הפוטנציאל כה משמעותי עד שדאהן החליט להוסיף למשפטי הפתיחה של המאמר את הרמיזה לכיוון תעופה חשמלית שתתאפשר באמצעות הסוללות החדשות והיעילות.
המשפט מילא את הרשת (וגם את עבדכם הנאמן) בבאז סביב מודל Y מעופף או המצאות ׳מאסקיות׳ נועזות אחרות. מההיכרות הקצרה עם העומד בראש החברה, קשה להאמין שהפיתוח של VTOL טרם עלה – ואפילו מצא את דרכו לטוויטר.
אמנם בחלל מאסק כבר השאיר את חותמו, אך בדרך לשמיים הוא עשוי למצוא כמה מתחרות נועזות, החל מחברת אובר ועד חברות סטארט-אפ רבות, בראשן איוויאיישן הישראלית. בכל אופן, סביר שקודם נזכה לראות את טווחי הנסיעה משתפרים מאד, אולי מביאים להוזלה במחירי הרכב ואולי לשינוי מהיר יותר של כבישי העולם.
תמונת כתבה: טסלה מודל X, צילום: Nadezda Murmakova / Shutterstock.com
