Elektromobiliai gali atpigti: mokslininkai baterijų gamybos procesą sutrumpino net 60 proc.

Sekite TechNaujienos Google

Ličio jonų baterijų gamykloje viena iš brangiausių procedūrų atliekama jau tada, kai elementas atrodo beveik pagamintas. Prieš išsiunčiant jį klientui, elementą būtina kelis kartus įkrauti ir iškrauti, kad susiformuotų apsauginiai cheminiai sluoksniai. Kornelio universiteto mokslininkai kartu su gamintoja „Charge CCCV“ (C4V) pademonstravo, kad šį procesą tam tikromis sąlygomis galima sutrumpinti iki maždaug 60 proc., išlaikant panašų baterijų veikimą.

Apie rezultatus spalio 28 d. paskelbė Kornelio universitetas; tyrimas publikuotas žurnale „Energy Storage Materials“. Mokslininkai nurodo, kad vadinamasis baterijos formavimo etapas gali sudaryti apie trečdalį gamybos sąnaudų ir užimti apie ketvirtadalį gamyklos grindų ploto. Todėl net mažas jo pagreitinimas gali turėti didelę ekonominę reikšmę, jei metodas pasitvirtina pramoniniu mastu.

Įprastai gamintojai parenka įkrovimo ir iškrovimo režimus remdamiesi ilgais bandymais. Svarbu, kad pirmą kartą susiformuotų tinkamas apsauginis sluoksnis, padedantis elementui patikimai veikti ateityje. Per greitas arba netinkamas procesas gali bloginti baterijos savybes, todėl technologinis sutrumpinimas nėra vien paprastas gamyklinės įrangos pagreitinimas.

Komanda panaudojo dvi realiuoju laiku veikiančias stebėsenos technologijas: Ramano spektroskopiją ir elektrocheminę impedanso spektroskopiją. Jos leidžia vertinti cheminius pokyčius bei vidinę varžą, kai baterija pirmą kartą įkraunama ir iškraunama. Tokiu būdu tyrėjai nustatė, kada apsauginis sluoksnis jau pakankamai stabilus, o kuriose ciklo dalyse greitį galima pakeisti neaukojant kokybės.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 2 val

Lenkija už 84 mln. eurų perka radarus prieš mažus dronus – stiprins NATO rytinio flango apsaugą

4 min. skaitymo • prieš 2 val

„Saab“ pristatė naują apsaugą nuo grėsmių po vandeniu: svarbi žinia ir Baltijos jūrai

4 min. skaitymo • prieš 2 val

Netikėtas atradimas: pelėms Parkinsono ligą primenantys simptomai išnyko be gydymo – kas nutiko smegenyse?

Visi naujausi straipsniai →

Viena netikėtesnių išvadų – lėtesnė pradinio įkrovimo dalis gali būti naudinga sluoksnio kokybei, tačiau iškrovimą galima paspartinti. Kritiniai varžos rodikliai stabilizavosi jau po maždaug pusantro ciklo. Vėliau komanda sukūrė du spartesnius procesus ir išbandė juos C4V įmonės aplinkoje. Bandymai parodė panašų veikimą kaip įprastu režimu formuotų elementų.

Kiek realiai galėtų sutaupyti gamyklos?

Tyrėjų vertinimu, trumpesnis formavimo etapas didelėje gamykloje gali sumažinti visos įmonės elektros suvartojimą maždaug 10–15 procentų. Atskirame modeliavimo scenarijuje kalbama apie iki 100 mln. dolerių mažesnes metines sąnaudas labai dideliame gamybos komplekse. Tai nėra visoms gamykloms garantuojama suma: ji priklauso nuo pagaminamos produkcijos, energijos kainos, turimos įrangos ir to, ar konkretus baterijos tipas tinka naujam procesui.

Mažesnės gamybos sąnaudos galiausiai galėtų turėti įtakos elektromobilio kainai, tačiau to tiesiogiai neįrodo šis tyrimas. Baterijos paketo galutinė kaina taip pat priklauso nuo ličio, nikelio, geležies ir kitų medžiagų, nuo tiekimo grandinės, pakuotės, aušinimo ir automobilių gamintojų kainodaros. Todėl teisinga sakyti, kad atsirado viena galimybė gaminti pigiau, o ne kad automobiliai jau atpigo.

Greitesnė gamyba turi ir kitą naudą: mažiau nebaigtų baterijų reikia laikyti gamykloje, todėl galima sumažinti užimamus plotus ir lėšas, įšaldytas gamybos procese. Tai svarbu Europos gamintojams, besivaržantiems dėl investicijų bei bandantiems konkuruoti su Azijos baterijų tiekėjais. Vis dėlto nėra informacijos, kad metodas jau įdiegtas Lietuvos pramonės įmonėse.

Kada pokytį pajus vairuotojai?

Prieš masinį taikymą metodas turės būti išmėgintas su skirtingomis baterijų cheminėmis sudėtimis, dideliais gamybos kiekiais ir per ilgalaikio patikimumo bandymus. Laboratorijos ir vieno partnerio gamyklos rezultatai dar nereiškia, kad visi automobilių gamintojai gali rytoj pakeisti technologinius procesus. Ypač svarbu, kad pagreitintas formavimas nesumažintų baterijų ilgaamžiškumo bei saugos.

Apie tai, kaip kasdienė įkrovimo praktika veikia automobilio akumuliatorių, anksčiau rašėme elektromobilio baterijos priežiūros gide. Naujas Kornelio darbas nagrinėja kitą problemos pusę – ką dar galima padaryti gamykloje, kol elementas dar nė karto nepasiekė vairuotojo. Būtent tokie nematomi procesai gali turėti didelę įtaką būsimos elektrinių automobilių rinkos kainoms.

Pramoniniam rezultatui svarbu ir tai, kokio tipo elementais buvo atlikti bandymai. Skirtingos katodo, anodo ir elektrolito sudėtys gali reaguoti į pagreitintą formavimo procesą nevienodai. Todėl vėlesni bandymai turėtų apimti pakankamą elementų skaičių, ilgesnį ciklinį senėjimą ir skirtingas temperatūras. Tik tada gamintojas galės įvertinti, ar sutaupymai kompensuoja galimus naujos stebėsenos įrangos bei proceso pakeitimo kaštus.

Vairuotojui svarbiausi du rodikliai – automobilio pirkimo kaina ir baterijos ilgaamžiškumas. Jei gamintojas sutaupo pradiniame etape, bet sumažėja elementų tarnavimo laikas, tikroji ekonominė nauda gali išnykti. Kornelio mokslininkų pristatytos dvi spartesnės procedūros pirmiausia leidžia tikėtis panašaus pradinio veikimo, tačiau būsimam komerciniam taikymui būtina atsakyti ir į daug ilgesnio naudojimo klausimą.