Δεν είναι εύκολο να αναπτύξεις ένα BEV τα οποία, όπως τα σημερινά οχήματα ICE, μπορούν να ανεφοδιαστούν με καύσιμα σε τρία λεπτά, έχουν αυτονομία 1.000 km με γεμάτο ρεζερβουάρ, επωφελούνται από επαρκή υποδομή και μπορούν εύκολα να λειτουργήσουν για τουλάχιστον 10 χρόνια. Ωστόσο, η εμφάνιση μπαταριών στερεάς κατάστασης θα μπορούσε να διαταράξει την τρέχουσα κατάσταση και να επιταχύνει σημαντικά την υιοθέτηση της BEV.
Όταν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε smartphone και άλλες μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές, χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές αυτοκινήτων, δημιουργούν πολύ υψηλότερες απαιτήσεις για την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Ταυτόχρονα, υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ βελτιώσεων στην εμβέλεια, που ουσιαστικά απαιτούν αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας, και ασφάλειας/αντοχής. Αυτή η αντιστάθμιση είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο η απόδοση των σημερινών μπαταριών ιόντων λιθίου θεωρείται ως ένα πιθανό ανυπέρβλητο εμπόδιο στην αυξημένη υιοθέτηση ηλεκτρικών οχημάτων από την αγορά.
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν τη δυνατότητα να ξεπεράσουν αυτά τα προβλήματα. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν μακρά ιστορία. Οι στερεοί ηλεκτρολύτες αναπτύχθηκαν τη δεκαετία του 70, αλλά η ανεπαρκής ιοντική αγωγιμότητα περιόρισε την εφαρμογή τους. Ωστόσο, πρόσφατα ανακαλύφθηκαν στερεοί ηλεκτρολύτες με παρόμοια ή ανώτερη ιοντική αγωγιμότητα με τους υγρούς ηλεκτρολύτες, επιταχύνοντας τις προσπάθειες έρευνας και ανάπτυξης.
Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων
Στην Έκθεση Αυτοκινήτου του Τόκιο 2017, η Toyota ανακοίνωσε έναν στόχο για εμπορευματοποίηση BEV εξ ολοκλήρου στερεάς κατάστασης στο πρώτο μισό της δεκαετίας του 20. Αν και η πρώτη γενιά του BEV που θα χρησιμοποιεί μπαταρίες στερεάς κατάστασης που αναμένεται να λανσαριστεί από την Toyota θα έχει μόνο περιορισμένο όγκο παραγωγής, η ανακοίνωση της εταιρείας αναμφίβολα θα δώσει ώθηση σε περισσότερες προσπάθειες από πολλές εταιρείες, ερευνητές και κυβερνητικούς φορείς για την ανάπτυξη όλων των μπαταριών στερεάς κατάστασης .
Η Volkswagen, η Hyundai Motor και η Nissan Motor έχουν ανακοινώσει όλες επενδύσεις σε νεοσύστατες εταιρείες, επομένως πιστεύουμε ότι αυτό είναι ένα θέμα που ενδέχεται να ωφεληθεί από πολύ αυξημένη προσοχή.
Οι τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται από την κάθοδο, ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη, έναν διαχωριστή και μια άνοδο. Η διαφορά σε μια μπαταρία στερεάς κατάστασης είναι ότι ο ηλεκτρολύτης είναι στερεός. Στην πραγματικότητα, όλα τα εξαρτήματα και τα υλικά είναι στερεά, εξ ου και η ορολογία «στερεής κατάστασης».
Οι ιδιότητες των μπαταριών στερεάς κατάστασης εξαρτώνται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται, αλλά η έρευνα μέχρι σήμερα αποκαλύπτει ένα σαφές δυναμικό όσον αφορά την ασφάλεια, την αντοχή στη διαρροή, την αντοχή στην καύση (απλοποιημένη δομή ψύξης), τη σμίκρυνση, την ευελιξία σχεδιασμού όσον αφορά τη δημιουργία άμεσης επαφής το στρώμα κυψέλης, σχετικά μεγάλη διάρκεια κύκλου εκφόρτισης, καμία υποβάθμιση λόγω καλών ιδιοτήτων υψηλής/χαμηλής θερμοκρασίας, σύντομους χρόνους φόρτισης, υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και υψηλή πυκνότητα ισχύος.
Στο παρελθόν, η χαμηλή πυκνότητα ισχύος είχε θεωρηθεί ως αδυναμία των μπαταριών στερεάς κατάστασης, αλλά το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και η ερευνητική ομάδα της Toyota ανέπτυξαν από κοινού μια μπαταρία στερεάς κατάστασης με τριπλάσια πυκνότητα ισχύος και διπλάσια ενεργειακή πυκνότητα από την υπάρχουσα μπαταρίες ιόντων λιθίου. Πιστεύουμε ότι όλες οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν τη δυνατότητα να ξεπεράσουν τα μειονεκτήματα των ηλεκτρικών οχημάτων.
Οι κύριες επιπτώσεις των μπαταριών στερεάς κατάστασης στην αυτοκινητοβιομηχανία περιλαμβάνουν την επιτάχυνση της απορρόφησης από την αγορά BEV και αλλαγές στην αλυσίδα εφοδιασμού της μπαταρίας BEV. Εξι BEV θα αντικαταστήσει τα οχήματα ICE, δεν θα χρειαζόταν κινητήρες, κιβώτια ταχυτήτων και συναφή εξαρτήματα, αλλά θα υπήρχε νέα ανάγκη για μπαταρίες, μετατροπείς, κινητήρες και εξαρτήματα που σχετίζονται με αυτά τα συστήματα.
Για τους συμβατικούς συναρμολογητές αυτοκινήτων, οι οποίοι παράγουν κινητήρες και συστήματα μετάδοσης κίνησης εσωτερικά, η διασφάλιση της ικανότητας ανάπτυξης μπαταριών εξ ολοκλήρου σε στερεά κατάσταση είναι μια σημαντική πηγή προστιθέμενης αξίας. Για τους προμηθευτές, θα είναι σημαντικό να επανεξετάσουν τις στοιχειώδεις τεχνολογίες για την ανάπτυξη νέων εξαρτημάτων.
Εάν υπάρξει αύξηση στην υιοθέτηση της αγοράς BEVΟι κανόνες σε εθνικό επίπεδο που διέπουν πράγματα όπως οι φόροι, η ενεργειακή πολιτική και οι πόροι είναι επίσης πιθανό να αλλάξουν.
Η μετάβαση από μπαταρίες ιόντων λιθίου σε υγρή σε στερεά κατάσταση θα σήμαινε επίσης αλλαγή από υγρούς σε στερεούς ηλεκτρολύτες και μείωση της ανάγκης για διαχωριστές και θα υπήρχε δυνατότητα χρήσης νέων υλικών για καθόδους και ανόδους.
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης που θα λανσάρει η Toyota το πρώτο εξάμηνο του 2020 είναι πιθανό να είναι παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα και καθώς μειώνονται οι όγκοι παραγωγής, ο αντίκτυπος στην τρέχουσα αλυσίδα εφοδιασμού είναι επίσης πιθανό να είναι μικρό. Ωστόσο, εάν δούμε υλική πρόοδο στις προσπάθειες Ε&Α, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης που διατίθενται στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 2020 και του 2030 είναι πιθανό να προκαλέσουν αναστάτωση.
Έχει γίνει λόγος για προκατάληψη προς το i BEV, αλλά η τρέχουσα συναίνεση της αγοράς είναι ότι βρισκόμαστε τώρα σε μια εποχή «διαφοροποίησης του συστήματος ισχύος» και όχι στην ενηλικίωση BEV ως τέτοια. Ωστόσο, πιστεύουμε ότι εάν οι προσπάθειες για την ανάπτυξη μαζικής παραγωγής μπαταριών στερεάς κατάστασης είναι επιτυχείς, η εποχή του BEV μπορεί να είναι κοντά.
Ακόμα κι έτσι, θα πρέπει να ξεπεραστούν ορισμένα προβλήματα. Η έρευνα και η ανάπτυξη με στόχο τη μαζική παραγωγή όλων των μπαταριών στερεάς κατάστασης μόλις ξεκίνησε, και σε ποιο βαθμό θα μειωθεί το κόστος παραγωγής δεν είναι ακόμη σαφές. Θεωρητικά, θα πρέπει να υπάρχει σημαντική δυνατότητα μείωσης του κόστους, δεδομένης της απλοποίησης των πακέτων μπαταριών και της χρήσης υλικών ηλεκτροδίων χαμηλού κόστους.
Από την άλλη πλευρά, εάν σημειωθεί μεγαλύτερη από την αναμενόμενη πρόοδος στη βελτίωση της απόδοσης των μπαταριών ιόντων λιθίου και μεγαλύτερη μείωση του κόστους, η μετάβαση σε μπαταρίες πλήρως στερεάς κατάστασης θα μπορούσε να καθυστερήσει.
Υπάρχει επίσης ο κίνδυνος το ενδιαφέρον για i BEV μπορεί να εξασθενίσουν λόγω των εξελίξεων στα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (HEV) και στα τυπικά οχήματα ICE, στη συζήτηση για τα καλά στον τροχό και στην ανανεωμένη δημοτικότητα των οχημάτων ντίζελ, κάτι που θα μπορούσε να σημαίνει αποδυνάμωση των προσπαθειών ανάπτυξης για όλες τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης.
Από την άποψη της αυτονομίας και του χρόνου που απαιτείται για τον ανεφοδιασμό με υδρογόνο, τα οχήματα κυψελών καυσίμου είναι ένας άλλος πιθανός ανταγωνιστής. Ενώ τα ζητήματα υποδομής είναι ένα ζήτημα, υπάρχει σημαντικό δυναμικό όσον αφορά την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων και τη μεταφορά ενέργειας.
Η Global Automotive Executive Survey 2018 της KPMG κατέταξε τα οχήματα κυψελών καυσίμου ως την κορυφαία βασική τάση μέχρι το 2025 και BEV κατέλαβε την 3η θέση σύμφωνα με τα παγκόσμια στελέχη της αυτοκινητοβιομηχανίας. Το 2017, η ίδια δημοσκόπηση ανέτρεψε τα δεδομένα, με το i BEV στην πρώτη θέση και τα οχήματα κυψελών καυσίμου στην τρίτη θέση.
BlogInnovazione.it
Η Coveware από την Veeam θα συνεχίσει να παρέχει υπηρεσίες αντιμετώπισης περιστατικών εκβιασμών στον κυβερνοχώρο. Το Coveware θα προσφέρει ιατροδικαστικές και δυνατότητες αποκατάστασης…
Η προγνωστική συντήρηση φέρνει επανάσταση στον τομέα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, με μια καινοτόμο και προορατική προσέγγιση στη διαχείριση των εγκαταστάσεων.…
Η βρετανική CMA εξέδωσε προειδοποίηση σχετικά με τη συμπεριφορά της Big Tech στην αγορά τεχνητής νοημοσύνης. Εκεί…
Το διάταγμα «Case Green», που διατυπώθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων, ολοκλήρωσε τη νομοθετική του διαδικασία με…
