Gamechanger

Τα βήματα προόδου των ηλεκτρικών μοντέλων σε ό,τι αφορά την απόδοση, την αυτονομία και τους χρόνους φόρτισης είναι συνεχή, όμως είναι σαφές ότι θα πρέπει να υπάρξουν σημαντικές εξελίξεις προκειμένου να αποκτήσουν ξεκάθαρο πλεονέκτημα έναντι των συμβατικών αυτοκινήτων με θερμικούς κινητήρες. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται από τη συντριπτική πλειονότητα των αμιγώς ηλεκτρικών αλλά και υβριδικών αυτοκινήτων έχουν ακριβώς την ίδια τεχνολογία με αυτές των φορητών υπολογιστών και των smartphones. Σίγουρα με βάση τα σημερινά δεδομένα αποτελούν την καλύτερη δυνατή λύση, χωρίς όμως αυτό να σημαίνει πως δεν έχουν και αρκετά μειονεκτήματα, κυρίως λόγω της χρήσης υγρού ηλεκτρολύτη. Η χωρητικότητα και η ικανότητα φόρτισης στον μέγιστο βαθμό έχουν μια φθίνουσα πορεία σε βάθος χρόνου σε συνεχή χρήση, ενώ η λειτουργία τους συνοδεύεται από την έκλυση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας, κάτι που κάνει επιτακτική την ενσωμάτωση μεγάλων και βαριών συστημάτων ψύξης στα συστήματα που είναι τοποθετημένες. Επιπλέον, ο εύφλεκτος υγρός ηλεκτρολύτης καθιστά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου αρκετά επιρρεπείς στη φωτιά σε περίπτωση ζημιάς ή ατυχήματος.

Ωστόσο πολλές εταιρείες τεχνολογίας αλλά και κατασκευαστές που εμπλέκονται στην ηλεκτροκίνηση τονίζουν πως είμαστε πολύ κοντά σε μια αλλαγή που θα αλλάξει τις ισορροπίες. Πρόκειται για τις νέες μπαταρίες ξηρού τύπου (solidstate) οι οποίες θα προσφέρουν πολλαπλάσια απόδοση και αυτονομία έχοντας παράλληλα πολύ μικρότερες διαστάσεις και χαμηλότερο βάρος. Η αρχή λειτουργίας είναι αντίστοιχη με αυτή των μπαταριών ιόντων λιθίου, κάτι που σημαίνει πως διαθέτουν ηλεκτρόδια μεταξύ των οποίων θα παρεμβάλλεται ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται ως δίοδος των φορτισμένων ιόντων. Ωστόσο, βασικό στοιχείο των μπαταριών ξηρού τύπου, όπως φανερώνει εν μέρει και η ονομασία τους, είναι η χρήση ενός στερεού ηλεκτρολύτη. Οι μπαταρίες στερεού τύπου αναμένεται να έχουν έως και δέκα φορές υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από αυτές ιόντων λιθίου. Αυτό σημαίνει ότι στο ίδιο μέγεθος με σήμερα θα προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ισχύ ή αντίστοιχα θα επιτυγχάνουν τη σημερινή απόδοση καταλαμβάνοντας πολύ μικρότερο χώρο και έχοντας χαμηλότερο βάρος. Μάλιστα το όφελος σε βάρος θα είναι συνολικά ακόμα μεγαλύτερο, καθώς λόγω των μειωμένων θερμικών φορτίων δεν θα χρειάζονται πολύπλοκα κυκλώματα ψύξης. Επιπλέον, ο στερεός ηλεκτρολύτης είναι απαλλαγμένος από τις εξωθερμικές χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο υγρό των μπαταριών ιόντων λιθίου ενώ παύει να υφίσταται και το ενδεχόμενο διαρροών, με συνέπεια τη σημαντική αναβάθμιση της ασφάλειας που προσφέρεται. Τέλος, η νέα τεχνολογία μπαταριών αναμένεται πως θα επιφέρει και μείωση στους απαιτούμενους χρόνους φόρτισης, καθώς θα είναι δυνατή η συνεχής χρήση ταχυφορτιστών χωρίς συνέπειες στη διάρκεια της ζωής τους. Αυτό συμβαίνει διότι οι μπαταρίες ξηρού τύπου είναι απαλλαγμένες από τη διάβρωση των ηλεκτροδίων που προκαλούν τα χημικά στοιχεία που έχουν σήμερα οι υγροί ηλεκτρολύτες. Ετσι ο κύκλος ζωής των νέων μπαταριών υπολογίζεται ότι θα είναι έως και επτά φορές μεγαλύτερος, κάτι που σημαίνει πως η διάρκεια καλής λειτουργίας τους θα κυμαίνεται στα δέκα χρόνια, όσο δηλαδή και ο μέσος όρος ζωής ενός αυτοκινήτου.

Οι μπαταρίες στερεού τύπου χρησιμοποιούνται ήδη σε ορισμένες μικρές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως αισθητήρες και βηματοδότες, όμως στην παρούσα μορφή τους δεν είναι επαναφορτιζόμενες. Η τεχνολογία καλείται, λοιπόν, να δώσει λύσεις στα ζητήματα της επαναφόρτισης, της τροφοδοσίας πολύ μεγαλύτερων συστημάτων και βέβαια του κόστους ώστε να είναι εφικτή η χρήση τους σε μαζικό επίπεδο, καθώς με τα σημερινά δεδομένα οι μπαταρίες ξηρού τύπου είναι εξαιρετικά ακριβές. Το στοίχημα των ερευνητών αυτή τη στιγμή είναι να βρεθεί η κατάλληλη χημική σύσταση για τους ηλεκτρολύτες ώστε να επιτυγχάνεται η βέλτιστη αγωγιμότητα και παράλληλα να είναι δυνατή η χρήση ηλεκτροδίων καθαρού λιθίου. Τα συγκεκριμένα ηλεκτρόδια παράγουν περισσότερα ιόντα και κατά συνέπεια περισσότερη ενέργεια, κάτι απαραίτητο για την αυξημένη ισχύ που χρειάζεται για την τροφοδοσία ενός ηλεκτροκινητήρα. Μέχρι να υπάρξει οριστική απάντηση σε αυτό το ζήτημα οι προβλέψεις σχετικά με τις μπαταρίες ξηρού τύπου θα έχουν έναν αυξημένο βαθμό υπόθεσης, καθώς η μόνη απόδειξη των δυνατοτήτων τους θα έρθει όταν τελικά δοκιμαστούν σε πραγματικές συνθήκες σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Πάντως η έρευνα πάνω στις μπαταρίες ξηρού τύπου έχει συγκεντρώσει το ενδιαφέρον εταιρειών από τον χώρο της αυτοκίνησης, της ενέργειας αλλά και της ακαδημαϊκής κοινότητας, με τις προβλέψεις να θέλουν τη σχετική τεχνολογία έτοιμη για εμπορική χρήση κοντά στα μέσα της δεκαετίας που διανύουμε.

Οι εξελίξεις πάνω στις μπαταρίες ξηρού τύπου αναμένεται να επιταχυνθούν μέσα από συνεργασίες ισχυρών ονομάτων. Οι Toyota, Honda και Nissan έχουν συστήσει την κοινοπραξία Libtec για την ανάπτυξη της εν λόγω τεχνολογίας, ανακοινώνοντας μάλιστα πως κατά τη διάρκεια των Ολυμπιακών Αγώνων του Τόκιο θα παρουσιαστεί ένα αυτοκίνητο που θα κινείται από μπαταρίες ξηρού τύπου. Επίσης η Daimler συνεργάζεται με την IBM, η οποία ισχυρίζεται πως η ανάπτυξη της κβαντικής τεχνολογίας θα διευκολύνει τη μοντελοποίηση για τη μελέτη και την κατανόηση της χημικής συμπεριφοράς των υλικών.

Η Panasonic, ένας από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές μπαταριών ιόντων λιθίου στον κόσμο και συνιδιοκτήτρια του Gigafactory της Tesla, υποστηρίζει πως οι μπαταρίες ξηρού τύπου δεν θα είναι έτοιμες για εμπορική χρήση σε λιγότερο από μια δεκαετία, τονίζοντας πως η πιο ρεαλιστική πρόοδος στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα έρθει από την περαιτέρω εξέλιξη των υπαρχουσών μπαταριών. Η Tesla μάλιστα έχει επικεντρώσει τις έρευνές της πάνω σε μια νέα χημική σύσταση του υγρού ηλεκτρολύτη η οποία, όπως ισχυρίζεται, θα χαρίζει στις μπαταρίες μια διάρκεια ζωής που θα ξεπερνά το ενάμιση εκατομμύριο χιλιόμετρα.

Οι μπαταρίες ξηρού τύπου υπολογίζεται ότι θα έχουν πολλαπλάσια ενεργειακή πυκνότητα από τις σημερινές. Αυτό θα επιτρέπει να έχουν μικρότερες διαστάσεις και πολύ υψηλότερη απόδοση. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που σήμερα έχει αυτονομία της τάξης των 250 km με μια ίδιου μεγέθους μπαταρία ξηρού τύπου θα μπορεί να διανύει περίπου 750 km.