הדור הבא של סוללות רכב חשמלי, עם טווח גדול יותר ובטיחות משופרת, עשוי להופיע בצורה של מתכת ליתיום, מצב מוצק טֶכנוֹלוֹגִיָה.
עם זאת, יש לענות על שאלות עיקריות בנוגע לאספקת החשמל המבטיחה הזו לפני שהיא תוכל לקפוץ מהמעבדה למתקני ייצור, על פי חוקרי אוניברסיטת מישיגן. ובמאמצים להביא רכבים חשמליים לחלק גדול יותר מהאוכלוסייה, הם אומרים, השאלות האלה צריכות לענות במהירות.
ג'ף סאקמוטו וניל דסגופטה, פרופסורים עמיתים בהנדסת מכונות, היו חוקרים מובילים בנושא סוללות ליתיום, סוללות מצב מוצק בעשור האחרון. בקטע פרספקטיבי בכתב העת ג'אוּל, Sakamoto ו- Dasgupta מתארות את השאלות העיקריות העומדות בפני הטכנולוגיה. כדי לפתח את השאלות הם עבדו בשיתוף פעולה הדוק עם מנהיגי תעשיית הרכב.
יצרניות הרכב הגדולות הולכות השנה הכל על רכבים חשמליים, כאשר רבים מכריזים על תוכניות להפסיק את מכוניות מנועי הבעירה הפנימית בשנים הקרובות. סוללות ליתיום-יון אפשרו את החשמליות המוקדמות ביותר והן נותרות ספק הכוח הנפוץ ביותר עבור הדגמים האחרונים שיוצאים מקווי הייצור.
סוללות ליתיום-יון אלה מתקרבות לביצועי השיא שלהן מבחינת טווח ה- EV בטעינה אחת. והם באים עם צורך במערכת ניהול סוללות כבדה ומסורבלת - שבלעדיה קיים סיכון לשריפות על הסיפון. על ידי שימוש במתכת ליתיום לאנודת הסוללה יחד עם קרמיקה לאלקטרוליט, החוקרים הוכיחו את הפוטנציאל להכפלת טווח ה- EV עבור אותה סוללה בגודל זה תוך הפחתה דרמטית של פוטנציאל השריפות.
"התקדמות אדירה בקידום סוללות ליתיום מתכת מצב מוצק נעשתה בעשור האחרון", אמר סקאמוטו. "עם זאת, מספר אתגרים נותרו בדרך למסחור הטכנולוגיה, במיוחד עבור מטוסי EV."
שאלות שיש לענות עליהן כדי לנצל את הפוטנציאל הזה כוללות:
- איך נוכל לייצר קרמיקה שבירה, בסדינים המסיביים ודקים נייר, המצריכים סוללות מתכת? האם השימוש בסוללות ליתיום מתכת בקרמיקה, הדורשות אנרגיה כדי לחמם עד יותר מ -2,000 מעלות פרנהייט במהלך הייצור, מקזז את היתרונות הסביבתיים שלהם ברכבים חשמליים?
- האם ניתן להתאים גם את הקרמיקה וגם את התהליך ששימש לייצורם כך שהם יביאו בחשבון פגמים, כמו סדקים, באופן שלא יאלץ את יצרני הסוללות ויצרני הרכב לחדש באופן דרסטי את פעילותם?
- סוללת מצב מוצק מתכת ליתיום לא תדרוש את מערכת ניהול הסוללות הכבדה והמגושמת הנדרשת לסוללות ליתיום-יון כדי לשמור על העמידות ולהפחית את הסיכון לשריפה. כיצד תשפיע הפחתת המסה והנפח של מערכת ניהול הסוללות - או הסרתה לחלוטין - על הביצועים והעמידות בסוללת מצב מוצק?
- מתכת הליתיום צריכה להיות במגע מתמיד עם האלקטרוליט הקרמי, כלומר יש צורך בחומרה נוספת כדי להפעיל לחץ כדי לשמור על קשר. מה משמעות החומרה הנוספת לביצועי סוללות?
Sakamoto, שיש לו חברת סטארטאפ משלו שמתמקדת בו לִיתִיוּם סוללות מתכת של מצב מוצק, אומרת שהטכנולוגיה עוברת רגע כרגע. אבל ההתלהבות שמניעה את הרגע, הוא אומר, לא חייבת להקדים את עצמה.
העיתון נקרא "מעבר סוללות מצב מוצק ממעבדה לשוק: קישור מכניקה אלקטרו-כימית לשיקולים מעשיים."