Στην ερώτηση τι θέλουν περισσότερο από ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, πολλοί οδηγοί αναφέρουν τρία πράγματα: μεγάλη αυτονομία, σύντομο χρόνο φόρτισης και ανταγωνιστική τιμή σε σχέση με ένα όχημα με παρόμοιο εξοπλισμό και κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Για να βοηθήσουν στην επίτευξη αυτών των στόχων, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αναζητούν τρόπους αντικατάστασης των παραδοσιακών μπαταριών ιόντων λιθίου (Li-ion), που τροφοδοτούν τα περισσότερα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα, με πιο προηγμένες εκδόσεις στερεάς κατάστασης.

Αυτοί οι νέοι τύποι υπερ-μπαταριών υπόσχονται εδώ και καιρό ταχύτερη φόρτιση και πολύ μεγαλύτερη αυτονομία. Τελικά, έπειτα από χρόνια τεχνικών προβλημάτων, οι προσπάθειες για την κατασκευή τους αποδίδουν καρπούς, με τις πρώτες μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης να αναμένεται να μπουν στην παραγωγή μέσα στα επόμενα χρόνια.

Η Toyota, η μεγαλύτερη αυτοκινητοβιομηχανία στον κόσμο, άρχισε να εξετάζει μπαταρίες στερεάς κατάστασης το 2012. Με την πάροδο των ετών σκόπευε, μάλιστα, να παρουσιάσει λειτουργικά πρωτότυπα, αν και ελάχιστα έχουν εμφανιστεί.

Ωστόσο, η εταιρεία ανακοίνωσε πρόσφατα ότι έκανε μια «τεχνολογική ανακάλυψη» και σκοπεύει να ξεκινήσει την κατασκευή μιας μπαταρίας στερεάς κατάστασης από το 2027. Η Toyota ισχυρίζεται ότι η νέα της μπαταρία θα παρέχει στα ηλεκτρικά οχήματα αυτονομία περίπου 1.200 χιλιομέτρων (746 μιλίων), δηλαδή σχεδόν διπλάσια σε σχέση με πολλά υπάρχοντα μοντέλα, ενώ θα μπορεί να επαναφορτιστεί σε περίπου δέκα λεπτά.

Η Toyota δεν είναι η μόνη. Παρόμοιες επιδόσεις υπόσχονται και άλλοι παραγωγοί που αναπτύσσουν μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης. Η Nissan, για παράδειγμα, ετοιμάζει ένα πιλοτικό εργοστάσιο στη Γιοκοχάμα, που το επόμενο έτος θα αρχίσει να κατασκευάζει δοκιμαστικές εκδόσεις. Ένα παρόμοιο εργοστάσιο σχεδιάζει η BMW στη Γερμανία, σε συνεργασία με τη Solid Power, μια εταιρεία ανάπτυξης μπαταριών με έδρα το Κολοράντο.

Η QuantumScape, μια νεοσύστατη επιχείρηση της Silicon Valley, έχει αρχίσει να στέλνει πρωτότυπα μπαταριών στερεάς κατάστασης στη Volkswagen, την κύρια χρηματοδότριά της.

Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η ανάπτυξη μιας μπαταρίας στερεάς κατάστασης πήρε τόσο πολύ χρόνο. Το να λειτουργήσει ένας νέος τύπος μπαταρίας σε ένα εργαστήριο είναι ένα πράγμα, αλλά η μαζική παραγωγή εκατομμυρίων σε ένα εργοστάσιο είναι δύσκολη υπόθεση.

Αν και εφευρέθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1970, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν εμπορευματοποιήθηκαν πλήρως, παρά στις αρχές της δεκαετίας του 1990, αρχικά για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως φορητοί υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα, και στη συνέχεια ως μεγαλύτερες εκδόσεις, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία μιας νέας γενιάς ηλεκτρικών οχημάτων.

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα υπάρχουν από τις απαρχές της αυτοκίνησης. Η Clara Ford προτιμούσε περισσότερο το Detroit Electric του 1914 από τα βενζινοκίνητα οχήματα που κατασκεύαζε ο σύζυγός της, Henry. Όμως αυτά τα πρώιμα ηλεκτρικά οχήματα, καθώς και άλλα που εμφανίστηκαν τα επόμενα χρόνια, τροφοδοτούνταν σε μεγάλο βαθμό από δεκάδες βαριές μπαταρίες μολύβδου-οξέος, οι οποίες ήταν ακριβές, προσέφεραν περιορισμένη αυτονομία και εξελίσσονταν με ρυθμούς χελώνας.

Η ελαφριά και ικανή να αποθηκεύει μεγάλο φορτίο μπαταρία ιόντων λιθίου μείωσε το κόστος και αύξησε την αυτονομία (βλ. διάγραμμα 1), δίνοντας τη δυνατότητα στην ηλεκτροκίνηση να μπει επιτέλους σοβαρά στις μεταφορές. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης μπορούν να μετασχηματιστούν περαιτέρω.

Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αρχικά θεώρησαν τις κυψέλες στερεάς κατάστασης ελκυστικές για λόγους ασφάλειας, επειδή, όσο ισχυρές και αν είναι, οι παραδοσιακές κυψέλες ιόντων λιθίου ενέχουν κινδύνους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι περιέχουν υγρό ηλεκτρολύτη, ο οποίος συνήθως αποτελείται από οργανικούς διαλύτες, οι οποίοι είναι εξαιρετικά εύφλεκτοι. Ως εκ τούτου, εάν μια μπαταρία ιόντων λιθίου υποστεί ζημιά, κάτι που μπορεί να συμβεί σε ατύχημα, ή εάν υπερθερμανθεί κατά την επαναφόρτιση, μπορεί να εκραγεί και να πάρει φωτιά. Η χρήση ενός μη εύφλεκτου, στερεού ηλεκτρολύτη αποτρέπει αυτόν τον κίνδυνο.

Οι στερεοί ηλεκτρολύτες μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορες χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών και των κεραμικών. Αλλά ακόμα και η Toyota, μετρ της μαζικής παραγωγής, αρχικά δυσκολεύτηκε να κάνει τις κυψέλες στερεάς κατάστασης να λειτουργούν αποτελεσματικά για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Από μόνος του, ένας στερεός ηλεκτρολύτης δεν βελτιώνει απαραίτητα την απόδοση της μπαταρίας, αλλά επιτρέπει τον επανασχεδιασμό της μπαταρίας ιόντων λιθίου, για παράδειγμα, ώστε να μπορεί να γίνει ακόμα μικρότερη και ελαφρύτερη, και έτσι να χωράει περισσότερη ενέργεια σε λιγότερο χώρο. Επιτρέπει επίσης στους μηχανικούς να διευρύνουν το φάσμα των υλικών που μπορούν να χρησιμοποιήσουν για την παραγωγή μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου και να πειράξουν τον τρόπο λειτουργίας της.

πηγή: energypress.gr