Σύνδεση

Featured

Mercedes: 12 ερωτήσεις και απαντήσεις για το μέλλον των μπαταριών

Ο καθηγητής Dr. Andreas Hintennach είναι επικεφαλής της έρευνας και εξέλιξης για τις μπαταρίες στη Daimler. Εκτός από την εξήγηση των βασικών στοιχείων των σημερινών μπαταριών ιόντων λιθίου μας αναλύει σε βάθος τις μελλοντικές τεχνολογίες που έχουν πραγματική προοπτική.

Ποιο είναι το περιβαλλοντικό αντίκτυπο των ηλεκτρικών οχημάτων; Τα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης έχουν χειρότερη επίπτωση από τους κινητήρες καύσης όταν πρόκειται για την παραγωγή τους;

Η εξέλιξη και παραγωγή των κινητήρων εσωτερικής καύσης βελτιωνόταν σταθερά τα τελευταία 133 χρόνια. Η μπαταρία και οι κυψέλες καυσίμου, από την άλλη πλευρά, ξεκινούν αυτή την περίοδο με περισσότερες εκπομπές λόγω της αυξημένης ζήτησης ενέργειας. Ωστόσο, όσον αφορά τη λειτουργία τους, είναι και οι δύο πολύ πιο αποδοτικές. Ακόμη κι αν η παραγωγή δεν γίνεται με ηλεκτρική ενέργεια ουδέτερη από το CO2, κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρία (EV) παράγουν κατά 40% λιγότερες εκπομπές από ό,τι τα οχήματα με βενζινοκινητήρες και κατά 30% λιγότερο από τα οχήματα με κινητήρα ντίζελ.

Πόσο καιρό θα χρειαστεί μέχρι να υπάρξει μια δεύτερη γενιά πρώτων υλών για τις μπαταρίες;

Σε 8- 10 χρόνια θα υπάρχει σημαντικός αριθμός από EVs που θα είναι διαθέσιμα για ανακύκλωση. Τότε θα ανακυκλώνονται τα υλικά τους, ειδικότερα το κοβάλτιο, το νικέλιο, ο χαλκός και αργότερα και το πυρίτιο. Είμαστε ήδη πολύ καλά προετοιμασμένοι και υπάρχουν οι διαδικασίες, όπως και οι δυνατότητες επαναχρησιμοποίησης των δευτερογενών πρώτων υλών στον κύκλο παραγωγής. Αυτή τη στιγμή το κάνουμε με τις δοκιμαστικές μπαταρίες μας. Η δημιουργία μιας λειτουργικής αγοράς για δευτερογενείς πρώτες ύλες για την Ευρώπη έχει μεγάλη πολιτική σημασία, διότι η Ευρώπη έχει όλες τις πρωτογενείς πηγές.

Ποια υλικά χρησιμοποιούνται στην μπαταρία;

Ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για κινητό τηλέφωνο ή μπαταρία για EV, με την τεχνολογία ιόντων λιθίου η δομή των στοιχείων είναι πάντα παρόμοια. Υπάρχουν πάντα δύο μεταλλικά φύλλα, όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο. Μεταξύ των μεταλλικών φύλλων είναι οι δύο πόλοι με την κάθοδο και την άνοδο, ανάμεσα στους οποίους λαμβάνει χώρα η ηλεκτρική αντίδραση. Για την αντίδραση απαιτείται ένα δραστικό μέταλλο όπως το λίθιο. Το μεγαλύτερο κόστος το έχει η σύνθεση του καθόδιου, δηλαδή ο θετικός πόλος της μπαταρίας. Αποτελείται από μίγμα νικελίου, μαγγανίου και κοβαλτίου. Το ανόδιο είναι κατασκευασμένο από γραφίτη σε μορφή πούδρας, λίθιο, ηλεκτρολύτες και το διαχωριστικό.

Ποιος είναι ο ρόλος του πυριτίου;

Στο μέλλον το πυρίτιο θα αντικαταστήσει σε μεγάλο βαθμό τη πούδρα γραφίτη. Κάτι που θα μας επιτρέψει να αυξήσουμε την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών κατά 20-25%. Το πυρίτιο μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε υλικά στην πλευρά της καθόδου που δεν είναι συμβατά με τον γραφίτη που χρησιμοποιείται σήμερα. Φανταστείτε δύο ποτήρια. Αν θέλετε να ρίχνετε νερό από το ένα στο άλλο, το δεύτερο θα πρέπει να έχει τουλάχιστον το ίδιο μέγεθος, ώστε να μην υπερχειλίζει. Ομοίως, η άνοδος και η κάθοδος πρέπει να εναρμονιστούν, κάτι που αποκαλούμε «εξισορρόπηση». Επίσης, το πυρίτιο χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ταχύτητας φόρτισης.

Το κοβάλτιο συσχετίζεται συχνά με παραβιάσεις των ανθρωπίνων δικαιωμάτων και την επιβάρυνση στο περιβάλλον σε σχέση με την εξόρυξη του, ιδίως όταν προέρχεται από τη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό. Τι κάνει η Daimler γι ‘αυτό;

Έχουμε εξελίξει μια προσέγγιση που στοχεύει να διασφαλίσει ότι οι προμηθευτές μας πληρούν τις απαιτήσεις μας όσον αφορά την εξέλιξη, και στοχεύοντας έτσι στην επίτευξη μεγαλύτερης διαφάνειας στην αλυσίδα εφοδιασμού. Για το σκοπό αυτό, έχουμε αναθέσει σε μια εταιρεία ελέγχου να παρακολουθεί συνεχώς κάθε στάδιο της αλυσίδας εφοδιασμού κοβαλτίου σύμφωνα με τα πρότυπα του OECD. Εξάλλου, η ηλεκτροκίνηση είναι πραγματικά βιώσιμη μόνο εάν οι πρώτες ύλες εξάγονται υπό βιώσιμες συνθήκες.

Τι γίνεται με την αντικατάσταση του κοβαλτίου με άλλα, πιο φιλικά υλικά;

Δουλεύουμε πάνω σε αυτό. Με την τρέχουσα γενιά μπαταριών, έχουμε ήδη μειώσει το ποσοστό κοβαλτίου στο ενεργό υλικό (νικέλιο, μαγγάνιο, κοβάλτιο, λίθιο) στο περίπου 1/3. Στο εργαστήριο δουλεύουμε με μπαταρίες με λιγότερο από 10%. Από χημική άποψη υπάρχουν πολλά θετικά για την απόλυτη αποδέσμευση από το κοβάλτιο. Όσο περισσότερο μειώνεται το μείγμα υλικών, τόσο πιο εύκολη και αποτελεσματικότερη είναι η ανακύκλωση. Επίσης, η ενέργεια που απαιτείται για τη χημική διεργασία μειώνεται επειδή το μείγμα είναι ευκολότερο να παραχθεί.

Τι θα αντικαταστήσει το κοβάλτιο και άλλα υλικά όπως το λίθιο;

Πρόκειται για υλικά που βασίζονται κυρίως στο μαγγάνιο – μια πρώτη ύλη που είναι λιγότερο επιβαρυντική από οικολογική άποψη και ευκολότερη στην εργασία της. Υπάρχουν εξαιρετικές εγκαταστάσεις ανακύκλωσης για το μαγγάνιο, επειδή έχει χρησιμοποιηθεί εδώ και δεκαετίες στις αλκαλικές μπαταρίες (μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες). Το έργο των ερευνητών είναι να καταστήσουν αυτού του είδους τις μπαταρίες φορτιζόμενες. Αναμένουμε ότι η τεχνολογία θα είναι έτοιμη για την αγορά από το δεύτερο εξάμηνο του 2020. Μια άλλη εναλλακτική λύση είναι η μπαταρία λιθίου θείου. Το θείο είναι ένα βιομηχανικό απόβλητο που δεν έχει σχεδόν κανένα κόστος, που είναι πολύ καθαρό και μπορεί εύκολα να ανακυκλωθεί. Έχει κάποια σημαντικά ζητήματα όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα, αλλά και μια ασυναγώνιστη οικολογική ισορροπία. Εντούτοις, μπορεί να χρειαστούν χρόνια μέχρι να είναι διαθέσιμη αυτή η τεχνολογία για επιβατικά αυτοκίνητα.

Το λίθιο είναι επίσης αντικείμενο συζητήσεων. Μπορεί να αντικατασταθεί αυτή η πρώτη ύλη;

Μπορεί. Η μπαταρία θειικού μαγνησίου, για παράδειγμα, δεν περιέχει λίθιο. Γνωρίζουμε το μαγνήσιο από την καθημερινότητά μας με τη μορφή κιμωλίας. Το μεγάλο πλεονέκτημα είναι ότι είναι ελεύθερα διαθέσιμο στη φύση. Για παράδειγμα, το Swabian Alb (ένα μεγάλο βουνό στην Γερμανία) αποτελείται εξ ολοκλήρου από κιμωλία. Ωστόσο, η έρευνά μας βρίσκεται αυτή τη στιγμή σε εργαστηριακό στάδιο.

Επομένως, δεν υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις για τη μπαταρία ιόντων λιθίου;

Υπάρχουν, σε ορισμένες εφαρμογές. Υπάρχουν ακόμη και τεχνολογίες που είναι καλύτερες από τη μπαταρία ιόντων λιθίου. Αυτές περιλαμβάνουν τη μπαταρία στερεού τύπου (solid state), την οποία θα χρησιμοποιήσουμε στο αστικό λεωφορείο eCitaro της Mercedes-Benz στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 2020. Η τεχνολογία έχει πολύ μεγάλο κύκλο ζωής και επίσης δεν περιλαμβάνει κοβάλτιο, νικέλιο ή μαγγάνιο. Ωστόσο, η ενεργειακή πυκνότητα είναι χαμηλότερη, γεγονός που την καθιστά σχετικά μεγάλη και αργή για τη φόρτιση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι καλή για τα επαγγελματικά οχήματα, αλλά όχι για τα επιβατικά αυτοκίνητα. Η μπαταρία ιόντων λιθίου θα είναι μαζί μας για τα επόμενα χρόνια.

Είναι οι μπαταρίες στερεού τύπου το μέλλον;

Δεν υπάρχει μόνο μία τεχνολογία μετά την λιθίου ιόντων. Είτε πρόκειται για στοιχεία με ηλεκτρολύτες στερεού τύπου, ανόδια μετάλλου λιθίου ή συστήματα θείου λιθίου – όλες οι τεχνολογίες διαφέρουν ως προς τις συγκεκριμένες υλικές απαιτήσεις τους, τις εφαρμογές τους και κυρίως το επίπεδο συμπεριφοράς τους. Κάθε τεχνολογία έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της. Τα καλά νέα είναι ότι υπάρχουν πολλά μονοπάτια που μειώνουν τον κίνδυνο ενός πιθανού αδιέξοδου. Μια καλή πιθανότητα έχουν οι μπαταρίες στις οποίες η επίστρωση γραφίτη στο ανόδιο μπορεί να αντικατασταθεί από νέα υλικά, όπως φύλλο μετάλλου λιθίου ή πούδρα πυριτίου. Και οι δύο περιπτώσεις αυξάνουν την ενεργειακή πυκνότητα. Κάτι που οδηγεί σε μεγαλύτερη αυτονομία και μπορεί να υποστηρίξει ακόμη και γρήγορη φόρτιση. Όλες οι solid state συστοιχίες έχουν μεγάλα πλεονεκτήματα όσον αφορά την ασφάλεια, αλλά εξακολουθούμε να εργαζόμαστε για την γρήγορη φόρτιση και τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής τους πριν μπορέσουμε να πούμε ότι αυτή είναι η τεχνολογία θα περάσει στους δρόμους και στα επιβατικά αυτοκίνητα μας.

Τελικά τι θα συμβεί στη συνέχεια;

Η  μπαταρία λιθίου θείου είναι μια πιθανή εναλλακτική λύση. Η αντικατάσταση του νικελίου και του κοβαλτίου των σημερινών μπαταριών από το θείο θα αυξήσει σημαντικά την εξέλιξη. Η ενεργειακή πυκνότητα έχει επίσης πολλές δυνατότητες βελτίωσης, αλλά υπάρχει πάντοτε το ζήτημα της διάρκειας ζωής και θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος μέχρι να σημειωθεί σημαντική πρόοδος σε αυτόν τον τομέα. Στις μπαταρίες λιθίου αέρα, υπάρχει πραγματικά μόνο λίθιο. Το υπόλοιπο -το οξυγόνο- απλά προέρχεται από τον αέρα. Χημικά, είναι μια έννοια παρόμοια με αυτή που έχετε σε μια κυψέλη καυσίμου, όπου χρησιμοποιούμε υδρογόνο. Η ενεργειακή πυκνότητα θα είναι εξαιρετική – αλλά αυτή η τεχνολογία είναι ακόμα αρκετά μακριά.

Είναι η τεχνολογία οργανικών μπαταριών μια επιλογή;

Με το VISION AVTR, η Mercedes-Benz παρουσιάζει ένα βιώσιμο όραμα για κινητικότητα χωρίς εκπομπές – και όταν πρόκειται για τεχνολογία οδήγησης. Για πρώτη φορά, η επαναστατική τεχνολογία της μπαταρίας αποτελείται από οργανικά στοιχεία (από γραφένιο, με ηλεκτρολύτη που έχει ως βάση το νερό) και δεν χρησιμοποιεί σπάνια, τοξικά ή ακριβά υλικά και μέταλλα. Αυτό καθιστά την ηλεκτροκίνηση ανεξάρτητη από τους ορυκτούς πόρους. Μια απόλυτη επανάσταση είναι η 100% ανακύκλωση μέσω της κομποστοποίησης λόγω της σημαντικότητας των πρώτων υλών. Εκτός από μια εκθετικά υψηλή πυκνότητα ενέργειας, η τεχνολογία εντυπωσιάζει επίσης με την εξαιρετική ικανότητα γρήγορης φόρτισης. Οι οργανικές μπαταρίες αποτελούν σήμερα μέρος της βασικής μας έρευνας. Η εξέλιξή τους βρίσκεται ακόμα στην αρχή και θα χρειαστούν τουλάχιστον 15 με 20 χρόνια μέχρι να είναι σε θέση να περάσουν στην παραγωγή.

Γράψτε ένα σχόλιο

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.

Η οδήγηση με σαγιονάρες τιμωρείται με πρόστιμο; Και αν ναι με πόσο;

Featured

Μακάρι να βλέπαμε ένα νέο Fiat 131 Abarth Rally σαν και αυτό!

Featured

Video-δοκιμή: Ford Puma 1.0 EcoBoost 125 PS mHEV

Featured

EuroNCAP: ακόμα πιο αυστηρές οι προδιαγραφές των crash test (Video)

EuroNCAP







AbarthAlfa RomeoAston MartinAudiBentleyBMWCadillacCaterhamChevroletChryslerCitroenCorvetteDaciaDaihatsuDodgeFerrariFiatFordHondaHyundaiInfinitiJaguarJeepKIALamborghiniLanciaLand RoverMazdaMercedes BenzMiniMitsubishimorganmustangNissanOpelPeugeotPorscheRenaultsaabSEATskodasmartssangyongsubarusuzukiToyotaVolkswagenVolvo

Newsletter Signup