Sparčiai tobulėjančios technologijos pastebimai spartina elektra varomų automobilių plėtrą. Šiuolaikiniai automobilių gamintojai daugiausia laiko ir lėšų skiria naujų inžinerinių sprendimų paieškai, siekdami sumažinti savikainą, apeiti brangiųjų metalų tiekimo apribojimus ir pagerinti technines charakteristikas. Šiuo metu elektromobilių gamintojai daugiausia naudoja trijų pagrindinių tipų ličio jonų akumuliatorius: nikelio-magnio-kobalto (NMC), nikelio-kobalto-aliuminio (NCA) ir geležies fosfato (LFP).
Naujos baterijų technologijos ir jų privalumai
MG „SolidCore“ technologija
MG pristato naują pusiau kietojo elektrolito baterijų technologiją, pavadintą „SolidCore“. Naujoji baterija pasižymi ilgesniu nuvažiuojamu atstumu, greitesniu įkrovimu ir stabilesniu veikimu sudėtingomis sąlygomis. Planuojama, kad „SolidCore“ baterijos technologija MG elektromobiliuose Europoje pasirodys jau 2026 m.
„Naujoji „SolidCore“ baterija ir „Hybrid+“ technologija suteikia apčiuopiamą vertę mūsų klientams ir leidžia mūsų automobiliams išsiskirti savo klasėje. Šie sprendimai dar kartą patvirtina mūsų siekį pažangias technologijas ir elektrinį mobilumą padaryti kuo prieinamesnius ir patogesnius kasdieniam naudojimui“, - sakė K.
Kartu MG toliau stiprina savo pozicijas hibridinių automobilių segmente. Sistema papildyta didesnės talpos 1,83 kWh baterija, kuri leidžia ilgiau važiuoti vien elektra ir mažina eksploatacijos kaštus. Aštuonis režimus turinti hibridinė sistema leidžia automobiliui automatiškai prisitaikyti prie skirtingų situacijų, o atnaujintas valdymo blokas realiu laiku analizuoja kelio ir vairavimo sąlygas ir akimirksniu optimizuoja jėgos agregato veikimą.
„Mercedes-Benz“ kietojo būvio baterijos
Tradicinių ir lenktyninių „Mercedes-Benz“ automobilių inžinieriai bendromis jėgomis su bendrovės „Factorial Energy“ elektromobilių baterijų celių kūrėjais sukūrė visiškai naują kietojo būvio baterijų bandymo programą. Iš Vokietijos gamintojos pusės projekte dalyvauja „Formulės 1“ technologijų kūrėja, antrinė „Mercedes-Benz Group“ įmonė „Mercedes AMG High Performance Powertrains“ (HPP) ir „Mercedes-Benz“ baterijų vystymo centras.
2021 m. „Mercedes-Benz“ suvienijo technologijų vystymo jėgas su „Factorial Energy“ bendrove, kuri 2024-ųjų vasarą pristatė ličio metalo kietojo būvio baterijų celes su patentuotomis FEST (angl. Factorial Electrolitte System Technology) kietojo būvio platformomis. Drauge šių komandų inžinieriai suprojektavo ir sukūrė visiškai naują ir inovatyvią baterijų sistemą.
Po intensyvių eksperimentų įvairiuose bandymų stenduose 2024 m. pabaigoje kietojo būvio baterijos prototipas buvo sumontuotas EQS modelyje. Visiškai elektrinis „Mercedes-Benz“ automobilis buvo šiek tiek modifikuotas, kad jame tilptų kietojo būvio baterija, taip pat buvo įdiegta visa reikalinga valdymo įranga. Pirmieji laboratoriniai elektromobilio bandymai buvo atlikti Štutgarte jau 2024 m. pabaigoje, siekiant pasirengti bandymams keliuose.
„Kietojo būvio baterijos yra perspektyvi elektromobilių technologija. Jose vietoje skysto elektrolito naudojamas kietas, o tai užtikrina didesnį celių saugumą ir leidžia naudoti naujos sudėties anodus, pavyzdžiui, ličio metalo. Dėl to naujosios baterijos savo savybėmis pranoksta baterijas su įprastomis ličio jonų celėmis. Ličio metalo anodo naudojimas baterijose leidžia gauti naujo lygio energijos tankį. Kietojo būvio baterijų celėse potencialiai galima pasiekti 450 Wh/kg gravimetrinį energijos tankį ir taip padidinti viena įkrova nuvažiuojamą atstumą“, - teigiama pranešime.
„Mes pirmieji integravome ličio metalo kietojo būvio bateriją į serijinio elektromobilio platformą. Mūsų sėkmė žymi istorinį pasiekimą elektrinio mobilumo srityje. Šis proveržis rodo, kad kietojo būvio baterijų technologija peržengė laboratorijos ribas ir buvo pradėta taikyti realiame pasaulyje“, - sakė „Factorial Energy“ generalinis direktorius ir vienas iš įkūrėjų Siyu Huangas.
„Mercedes-Benz“ kietojo būvio baterija turi novatorišką plūduriuojančių celių laikiklį, kuris jau patentuotas. Kai baterija įkraunama, medžiagos išsiplečia, o kai išsikrauna, susitraukia. Medžiagų išsiplėtimas ir susitraukimas baterijos viduje įkrovimo ir iškrovimo metu lemia ir kietojo būvio celių tūrio pokytį. EQS modelio pagrindu sukurtame elektromobilyje sumontuota kietojo būvio baterija užtikrina iki 25 proc. didesnį viena įkrova nuvažiuojamą atstumą, palyginti su atitinkamo svorio ir dydžio standartinio EQS baterija. Numatoma, kad bandomojo modelio viena įkrova nuvažiuojamas atstumas bus didesnis nei 1000 km.
Monašo universiteto ličio-sieros (Li-S) baterija
Monašo universiteto (Australija) tyrėjai ketina artimiausiu metu komercializuoti efektyviausią pasaulyje ličio-sieros (Li-S) bateriją, daugiau nei keturgubai lenkiančią dabartines rinkos lyderes ličio jonų baterijas.
Dr. Mahdokht Shaibani iš Monašo universiteto Mechanikos ir aerokosmonautikos inžinerijos departamento vadovavo tarptautinei tyrėjų komandai, sukūrusiai itin didelės talpos Li-S bateriją, kuri yra našesnė ir mažiau kenkia aplinkai nei dabartiniai ličio jonų produktai. Tyrėjai turi patvirtintą gamybos proceso patentą (PCT/AU 2019/051239), o elementų prototipus sėkmingai pagamino partneriai iš Fraunhoferio Medžiagų ir spindulinės technologijos instituto Vokietijoje.
„Sėkmingai gaminant ir diegiant Li-S baterijas automobiliuose ir elektros tinkluose, bus atsiriekta nemenka dalis numatomos 213 milijardų Australijos dolerių ličio [pramonės] vertės ir įvykdyta revoliucija Australijos automobilių rinkoje, o visi australai turės švaresnę ir patikimesnę energijos rinką“, - sakė profesorius Mainakas Majumderis.
Lig šiol Li-S baterijų technologijos problema buvo ta, kad nors sieros elektrodų talpa buvo labai didelė, besikartojant įkrovimo ir iškrovimo ciklams jie greitai degraduodavo ir talpos pranašumą prarasdavo. Naudodami tas pačias medžiagas kaip ir standartinėse ličio jonų baterijose, tyrėjai sieros katodų dizainą pertvarkė taip, kad jie galėtų prisitaikyti prie didesnių apkrovų, neprarasdami talpos ar našumo.
M.Shaibani ir jos komanda elektrodui panaudojo mažiau polimerinės rišamosios medžiagos ir sukūrė labiau nutolusias struktūras tarp sieros dalelių. Šis polimeras daleles susieja tilteliais, o ne tankiu tinklu. Taip baterija tampa atsparia skilimui ir gali pasiekti iki šiol jokiose baterijose neregėtą stabilumą. Baterija išlaiko 99 proc. pradinės talpos lygį ir po daugiau nei 200 ciklų. „Toks būdas ne tik pagerina našumą ir pailgina gyvenimo ciklą, bet ir yra paprastas, o gamyba itin pigi, naudojanti vandens pagrindo procesus, tad galima gerokai sumažinti aplinkai pavojingų atliekų kiekius“, - sakė doc. prof. Matthew Hillas.
Britų kompanijos „Nyobolt“ greitai įkraunami akumuliatoriai
Nepriklausomų bandymų metu britų kompanijos „Nyobolt“ sukurtas lengvasvoris, dvivietis sportinis automobilis, įkvėptas legendinio „Lotus Elise“, prie galingos nuolatinės srovės stotelės pademonstravo stulbinantį tempą. Baterijos atsargos nuo 10 iki 80 proc. buvo papildytos vos per keturias su puse minutės. Tai laikas, kuris jau realiai konkuruoja su įprastu sustojimu degalinėje.
„Nyobolt“ automobilyje sumontuota vos 35 kWh talpos baterija. Būtent maža talpa leidžia pasiekti ekstremaliai aukštą įkrovimo spartą. „Nyobolt“ atstovai atvirai kalba apie gebėjimą priimti srovę vadinamuoju 10C režimu, kas teoriškai leistų visiškai įkrauti bateriją per 10 minučių. Technologinis proveržis čia slypi celių konstrukcijoje, mat jos pasižymi itin maža vidine varža. Tai reiškia, kad kraunant milžiniška srove baterija kaista gerokai mažiau nei įprasti analogai. Mažesnė temperatūra leidžia ne tik išlaikyti spartą, bet ir tausoja bateriją. Gamintojas tvirtina, kad šios celės gali atlaikyti tūkstančius greitojo įkrovimo ciklų be žymios degradacijos.
Lyginimas su degalų pylimu yra korektiškas tik laiko prasme, bet ne rezultato. „Nyobolt“ prototipas per tą patį laiką gauna energijos vos 250 kilometrų (pagal WLTP standartą). Be to, šiam rezultatui pasiekti reikalinga 350 kW galios įkrovimo stotelė, kurios vis dar yra retenybė.
Nepaisant riboto nuvažiuojamo atstumo, ši technologija gali būti išsigelbėjimas sportiniams automobiliams. Maža baterija reiškia mažą svorį - „Nyobolt“ prototipas sveria vos 1246 kg. Kembridže įsikūrusi bendrovė „Nyobolt“ teigia, kad jos 24,5 ampervalandės elementai sėkmingai atliko daugiau kaip 4 000 pilno išsikrovimo gylio (DoD) ciklų, kurie lengvo dviejų durų „Nyobolt EV“ prototipo atveju prilygsta kone 1 mln. kilometrų. Atlikus laboratorinius bandymus taip pat nustatyta, kad po šių greitojo įkrovimo ciklų elementai išlaikė daugiau kaip 80 proc.
Greičiausiai įkraunamo elektromobilio problema (ne tokia, kokią manote)
Britų inžinieriaus naujos kartos baterijos ir jų potencialas
Britų inžinieriaus teigimu, jeigu „Tesla Model S“ aprūpintume naujos kartos baterijomis, šis automobilis galėtų nuvažiuoti 2414 kilometrų. Tai - kelis kartus daugiau už ličio jonų analogus, kurie dabar „Tesla Model S“ automobiliui leidžia nuvažiuoti maždaug 600 kilometrų.
Be to, ilgalaikiame plane bus siekiama pardavinėti paslaugas, kurios leistų bet kurį vidaus degimo variklį turintį automobilį paversti į elektrinį.
Penkiasdešimtmetis mokslininkas mano, kad naujoji baterija gali būti naudojama namų apyvokos reikmenyse, netgi nešiojamuose televizoriuose. Išradimas žymiai sumažintų įprastų akumuliatorių į aplinką išmetamų kenksmingų medžiagų kiekį.
„Tai tas pats, kaip su savimi nešiotis mažą elektrinę. Vaikai galės patys įkrauti savo žaislus, vietoj to, kad kaulytų iš tėvų pinigų naujoms baterijoms. Naujųjų prisukamų akumuliatorių galimybės neribotos. Užtenka pasukti rankenėlę 60 kartų ir jūs jau turite nemažą kiekį energijos. Jai išsekus, bateriją prisukate iš naujo. Šis energijos šaltinis gali būti naudojamas bet kur - nuo nešiojamų televizorių iki elektrinių dantų šepetukų“, - pasakojo išradėjas H.Atkinas.
Baterijų gamybos partnerystės ir iššūkiai
Gamybos masteliai ir partnerių paieška
Savarankiškai pradėti baterijų gamybą per ypač trumpą laiką - sunkiai įveikiama užduotis net ir didiesiems koncernams. Baterijų reikėjo čia ir dabar, todėl dauguma gamintojų suskubo ieškoti šioje srityje patirties turinčių partnerių. Netgi elektromobilių gamybos lydere laikoma „Tesla“ yra priklausoma nuo ilgametės partnerės „Panasonic“, mat ši tiekia didžiąją dalį vėliau į paketus sujungiamų celių.
„Hyundai“ visai neseniai pasirašė sutartį su žinoma Pietų Korėjos firma „SK on“ ir taip užsitikrino baterijų tiekimą Šiaurės Amerikoje gaminamiems automobiliams. Automobilių pramonės milžinė „Stellantis“ lygiomis dalimis su „Mercedes-Benz“ ir „TotalEnergies“ valdo elektromobilių baterijų gamintoją „Automotive Cells Company“.
Iki 2024 metų įmonių grupė „Stellantis“ siekia naudoti dviejų pagrindinių tipų baterijas - tiek su nikeliu ir kobaltu, tiek be šių medžiagų. Tai būtų sunkiai įmanoma pasiekti be elektronikos specialistų pagalbos. Norėdamas padidinti baterijų gamybos apimtis, automobilių gamintojas drauge su „Samsung SDI“ investuos 2,5 mlrd. JAV dolerių (2,3 mlrd. eurų) į naują Indianos valstijoje (JAV) statomą gamyklą.
Vilniaus technologijų ir dizaino kolegijos Elektros ir elektronikos inžinerijos katedros doc. dr. Aurelijus Pitrėnas pabrėžia, kad absoliuti dauguma elektromobilių gamintojų renkasi NMC tipo ličio jonų baterijas. „Viena iš pirmaujančių įmonių šioje srityje, „Tesla“, didžiausią atstumą įveikiančiuose elektromobiliuose montuoja NCA, o pigesniuose modeliuose - LFP tipo baterijas“, - pavyzdį pateikia mokslininkas. Tokį „Tesla“ sprendimą lėmė elementarus išlaidų optimizavimas. Viena geležies fosfato baterijos kilovatvalandė yra apie 30 proc. pigesnė nei kobalto turinčių baterijų, tačiau jų energijos tankis (Wh/kg) yra apie 25 proc. mažesnis.
Naujovės ir jų pritaikomumas
„Tesla“ garsiai skelbia apie šiuo metu tobulinamą inovaciją - 4680 celių baterijas. Visgi, kaip pastebi A. Pitrėnas, šios baterijos nėra kažkuo labai ypatingos. Vienintelis privalumas - gaminant elektromobilio bateriją iš didesnių elementų, jų reikia mažiau, tad taip sutaupoma medžiagų atskiriems korpusams gaminti. „Tesla“ planuojamų gaminti elementų konstrukcijoje taip pat yra keletas pakeitimų, kurie leis nuvesti šilumą per anodą, todėl šio tipo elementai bus efektyviau aušinami. Lyginant su rinkoje dabar naudojamais sprendimais, tai šiokia tokia pažanga. Vis dėlto bendrame kontekste tai nėra esminis proveržis“, - konstatuoja mokslininkas.
Nemažą intrigą pastaraisiais metais sukėlė kalbos apie natrio jonų baterijas, tačiau šios technologijos serijinei gamybai kol kas nesugebėjo parengti nė viena įmonė. Ambicijų nestokojanti, daugiau nei trečdalį baterijų rinkos 2022-aisiais užėmusi Kinijos milžinė, CATL bendrovė, praneša dar šiemet pradėsianti natrio jonų celių gamybą.
„Šio tipo baterijos pasižymi mažesne kaina, nes jų gamyboje naudojamos ne tokios retos medžiagos. Taip pat jos išsiskiria labai dideliu įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičiumi, bet, vertinant pagal tokią pačią talpą, jos yra didesnės ir sunkesnės. Pastarasis trūkumas gali tapti esmine kliūtimi plačiai jas taikyti elektromobilių pramonėje“, - komentuoja A. Pitrėnas.
Dar didesnį ažiotažą kelia užuominos apie kietojo būvio baterijas, kurias jau 15 metų tobulina Taivano įmonė „ProLogium“. Su „Mercedes-Benz“ komercinio transporto padaliniu bendradarbiaujanti bendrovė dar 2021 metais Brėmene (Vokietija) pristatė pirmuosius 20 elektra varomų autobusų, kuriuose sumontuotos kietojo būvio baterijos.
Įkrovimo infrastruktūros galimybės ir apribojimai
Mokslininkas Aurelijus Pitrėnas rimtai nevertina kai kurių gamintojų pareiškimų, esą baterijų technologijos savo našumu aplenkė dabartinės įkrovimo įrangos galimybes. Anot pašnekovo, tai galima būtų laikyti rinkodaros triuku, nes realiomis sąlygomis anaiptol ne visada įmanoma išnaudoti maksimalią įkrovimo stotelių galią. Daug įtakos turi klimato sąlygos, baterijos įkrovos lygis ir temperatūra tiek pradedant krovimą, tiek jo metu.
„Jei nagrinėtume atvejį, kuomet elektromobilio baterijos būklė ir aplinkos fizinės sąlygos yra idealios, galėtume teigti, kad elektromobilių gamintojai jau geba išnaudoti visą 350 kW stotelių galią. Kalbant apie įkrovimo stotelių tobulinimą, galbūt būtų galima dar labiau didinti jų galią, bet tam reikėtų keisti ir kitą įrangą, pavyzdžiui, įkrovimo jungtis“, - svarsto mokslininkas.
Pagal šiuo metu galiojančius standartus, įkrovimo kištukai ir lizdai yra pritaikyti didžiausiai 350 kW įkrovimo galiai. Vis dėlto ne visi elektromobilių gamintojai siekia maksimaliai padidinti įkrovimo spartą ir taiko kiek kitokią strategiją. Pavyzdžiui, „Citroën ë-C4“ ar „Peugeot e-208“ baterijos gali būti įkraunamos ne didesne nei 100 kW galia.
tags: #britu #isradejo #naujosios #kartos #akumuliatorius