סוללות – הדור הבא

המעבר הגורף של תעשיית הרכב להנעה חשמלית היא כבר עובדה מוגמרת. תקנות זיהום האוויר המחמירות וההגבלות הרגולטוריות על תנועה במרכזי הערים, בעיקר באירופה, הכניסו את יצרניות הרכב למרוץ חימוש שבו עד סוף העשור רוב מותגי הרכב המוכרים לנו יציעו מכוניות המשתמשות בהנעה חשמלית, כאשר חלק מהם יהיו חשמליים לחלוטין.

עוד מאוברדרייב >>>

דווקא שנראה שאין שום דבר שיכול לעצור את עידן החשמל מתגלה כי עם כל הרצון, הטכנולוגיה לא תמיד מצליחה להדביק את קצב כדי לעמוד ביעדים. האתגר הגדול והמשקולת הגדולה, תרתי משמע, שתעשיית הרכב מנסה להתמודד איתה כדי לבצע מעבר לייצור של עשרות מיליוני מכוניות חשמליות בשנה נעוץ בסוללות שאחראיות לצבור את האנרגיה שתניע את העתיד של התעשיה והאנושות.

הסוללה היא הרכיב הגדול והיקר ביותר במכונית החשמלית. עד לפני עשור מכוניות חשמליות היו בגדר פתרון עתידני פשוט כי הסוללות היו בעלות קיבולת אנרגטית נמוכה מידי שלא הצליחה לייצר טווח נסיעה שימושי הגיוני, לצד בעיות נוספות כמו קצב טעינה איטי וירידה משמעותית בביצועים כעבור מספר מחזורי טעינה לא גבוה. ההתקדמות האדירה בטכנולוגיית הסוללות בעשור האחרון הובילה לכך שכיום מכונית חשמלית ממוצעת מסוגלת לספק טווח מעשי של 350-400 ק”מ ללא בעיה ולתמוך בקצב טעינה מהירה ממוצע של 70 עד 100 קוט”ש.

מה שחשוב לא פחות הוא שמחיר הסוללות ירד קרוב ל-90%. על פי משרד האנרגיה האמריקאי עלות קיבולת של קוט”ש אחד בסוללה  עומד כיום על כ-150 דולר לעומת יותר מ-1,300 דולר בשנת 2008. ועדין, במכונית חשמלית ממוצעת כמו פולקסווגן ID.4 מחיר סוללת 62 קוט”ש עומד על כמעט 9,000 דולר ומהווה כמעט רבע ממחיר המכונית. כדי להגשים את היעדים שתעשיית הרכב שואפת אליהם, כמו גם להבטיח טווח נסיעה גדול יותר מהמקובל כיום, טכנולוגיית הסוללות צריכה לעשות קפיצה משמעותית קדימה בצפיפות האנרגיה הנמדדת בוואט לק”ג סוללה.

זה המקום לציין שרוב יצרניות הרכב החשמלי כלל לא מייצרות את הסוללות בעצמן, אלא רוכשות אותם מספק חיצוני. CATL הסינית היא יצרנית הסוללות הגדולה בעולם יצרניות כשמזנבת בה BYD שזכות יכולות וטכנולוגיית הסוללות שלה זינקה לצמרת תעשיית הרכב, כשהיא מספקת סוללות לטסלה וליצרניות גדולות בהן מכוניותיהן מתחרות. אליהן מצטרפות סוני ופנסוניק היפניות לצד סמסונג ו-LG הקוריאניות.

הרכב מנצח

אחד התחומים החשובים בהם משקיעות יצרניות הסוללות הוא הרכב התאים. כיום סוללות ליתיום-יון הן הנפוצות ביותר בזכות היחס בין צפיפות האנרגיה למחיר. אלא שליתיום הוא משאב נדיר וקשה לכריה לכן מפתחי הסוללות בודקים הרכבים כימיים אחרים לסוללות ואחד הכיוונים שתופס תאוצה או של סוללות נתרן (סודיום), או במילים פשוטות מלח. כיוון שמדובר במשאב נפוץ וזול בהרבה מליתיום מחיר סוללת סודיום-יון אמור להיות תוך בעשרות אחוזים, כאשר היא גם מפגינה עמידות גבוה יותר מליתיום לתנאי טמפרטורה קיצוניים ואינה דליקה כמות. החיסרון הגדול הוא שנכון לעתה צפיפות האנרגיה בסוללות מסוג זה היא בערך מחצית מזו של סוללת ליתיום-יון, וזו הנקודה שיצרניות הסוללות מנסות לשפר בטרם יהיה כדאי להתחיל ביצור המוני של סוללות מסוג זה. CATL כבר הציגה סוללת סודיום-יון בשנת 2021, ו-BYD אמורה להתחיל בייצור סוללות שכאלו כבר השנה הבאה.

הרכב נוסף שנמצא בתהליכים פיתוח מתקדמים הוא הרכב המשלב מנגן, ברזל ופוספט יחד עם הליתיום המוכר. היתרון הגדול של סוללה בהרכב זה היא אורח החיים העצום שלה שיכול להספיק ליותר מ-4,000 מחזורי טעינה, כלומר טווח נסיעה כולל תאורתי של כ-2 מיליון ק”מ. יצרנית הסוללות הסינית ג’ושין הנמצאת בשליטת פולקסווגן כבר הכריזה שהשיגה התקדמות בפיתוח סוללה ותתחיל לייצר אותה כבר בשנה הבאה עם הבטחה לטווח נסיעה של 1,000 ק”מ בין טעינות. אלא שכמו כל טכנולוגיה חדשה, היא לא צפויה להיות זולה יותר מסוללות קיימות.

עתיד מוצק

אבל לא מאמצי הפיתוח לא מתמקדים רק בהרכב הסוללה. טכנולוגיה שיצרניות הסוללות וגם יצרניות הרכב רואות בה את העתיד של הסוללות בשנים הקרובות, תוך כדי שהן משקיעות בפיתוח סכומים עתק, היא טכנולוגיית Solid State או בתרגום חופשי סוללת “מצב מוצק”. בתמצות הכרחי מבלי להיכנס למושגים מסובכים בעולם הנדסת החשמל, בסוללות המצויות כיום האלקטרוליט המשפיע על צפיפות האנרגיה בסוללה הוא נוזל או ג’ל. בתאוריה אלקטרוליט מוצק אמור לאפשר צפיפות אנרגיה גבוהה מאד, כשבנוסף הוא אמור להיות עמיד יותר בזעזועים ובטמפרטורות גבוהות מה שיצור סוללה עמידה יותר בתאונות. המשמעות היא סוללות שיספקו יותר טווח בפחות משקל ויהיו עמידות הרבה יותר. אז מה הבעיה? כיוון שהאלקטרוליט המוצק שחרור האנרגיה שלו איטי יותר וזמן הטעינה אורך יותר. מעבר לכך שכמו כל טכנולוגיה חדשה גם עלות הייצור גבוהה.

גם במקרה הזה היצרניות הסיניות נמצאות בחזית עם הצהרות אופטימיות. SAIC מצהירה על יצור סדרתי של סוללות מצב מוצק כבר ב-2025 ואילו GAC טוענת שתעשה זאת ב-2026. טויוטה שמפתחת את הסוללות שלה בעצמה שמה לעצמה תאריך יעד ל-2027 וב.מ.וו מדברת יישום הטכנולוגיה רק בסוף העשור. הפיתרון בינתיים אמור להגיע מצידה של CATL שמפתחת סוללות בעלות אלקטרוליט מוצק למחצה אותן תוכל להציע ליצרניות הרכב כבר באמצע העשור עם ביצועים משופרים ובמחיר נגיש יותר. תהיו בטוחים שגם מההיבט הזה עדין לא נאמרה המילה האחרונה.

לא פחות משאבים מושקעים גם טכנולוגיות של טעינה מהירה. טכנולוגיית 800V כבר קיימת בין היתר בדגמים החשמליים של פורשה ויונדאי וצפויה להגיע לעוד ועוד דגמים כדי לאפשר קצב טעינה מהיר של 300 קילוואט ויותר. יצרניות רכב וסוללות מנסות לפתח טכנולוגיות כדי להשיג קצבי טעינה גבוהים עוד יותר, בין היתר על ידי שילוב של סוללות גרפיט. חברת GAC כבר הציגה סוללות שכאלו באחד מדגימה המאפרת תמיכה בקצב טעינה של עד 600 קילוואט שתאפשר טעינה מלאה של הסוללה ב-10 דקות בלבד, אלא שכמעט אין בנמצא תחנות טעינה המסוגלות לספק קצבי טעינה שכאלו והן יקרות להפליא.

כך או כך, בין אם מדובר בהרכב הסוללה, המארז הפנימי או ממשק הטעינה, בשנים הקרובות עולם הרכב החשמלי עומד לעבור מהפך שאמור לשחרר אותנו מחרדת הטווח וזמני הטעינה הארוכים. כשזה היקרה, נוכל להגיד שהמהפכה החשמלית אכן הושלמה.