אילו משימות פותרות טכנולוגיות חדשות?
עבור יצירת טכנולוגיית ליתיום-יון, שלושה מדענים קיבלו
פיתוח מצברים לרכבים חשמליים, מחסןהטכנולוגיה ותעשיית החלל מתרחשות הרבה יותר מהר. פריצת דרך טכנולוגית תתרחש גם בשוק ההמוני, אך לשם כך, על יצרניות הציוד הנייד לבחור באוטונומיה של המכשיר כמרכיב מרכזי של ערך מוסף. עם זאת, ההמתנה תהיה ארוכה. סוכנות האנרגיה הבינלאומית מעריכה שסוללות ליתיום יישארו הטכנולוגיה השלטת בעשורים הקרובים. פיתוחים חדשים צפויים להיכנס לשוק לא לפני 2025. אבל הבסיס לשינויים עתידיים מונח כעת. המגמות העיקריות קשורות לטכנולוגיית טעינה מהירה, צמצום ממדים והגדלת חיי הסוללה.
סטארט-אפים לטעינה מהירה
לטכנולוגיית טעינה מהירה שלוש עיקריותרגע: אלגוריתמי טעינה, פרמטרים אנרגיים וחתך רוחב מוליך. אם אנחנו מדברים על טכנולוגיה ניידת, הטעינה שלה אינה מרמזת על מגוון מחברים וכבלים. סוג C הפך לסטנדרט בתעשייה, ולכן אלגוריתמי טעינה כמו אספקת חשמל וטעינה מהירה באים לידי ביטוי.
המשימה העיקרית שלהם היא להבטיח העברה של עודאת כמות האנרגיה דרך אותו חוט, מבלי לחרוג מכוח הזרם המותר (עד 3 A). אך המכשיר לא אמור להתחמם יתר על המידה במהלך הטעינה, ולכן כיום הם מתמקדים לא רק בהגברת מתח הטעינה, אלא גם בפיתוח אלגוריתמים מיוחדים המפחיתים בהדרגה את הכוח (מכיוון שהסוללה מחזירה את רמת הטעינה). בנוסף, טכנולוגיית טעינה מהירה הופכת לאחת הנקודות שמבטיחות את "כריכת" הצרכן למערכת האקולוגית של יצרן מסוים.
הסטארט-אפ הקנדי GBatteries מנסה לפתורהמשימה לחדש את המטען במהירות באמצעות בינה מלאכותית. טעינה מהירה מתבצעת בזכות פעימות מיקרו רצופות של זרם המשתנה כל הזמן. ישנם אלגוריתמים חכמים המובנים בתחנות הטעינה: הם קובעים בדיוק מתי לשלוח את הדופק הבא וקובעים את רמת המתח כדי לא לפגוע בסוללות. הטכנולוגיה מתוכננת להיות משולבת עם הדור הנוכחי של סוללות ליתיום-יון. מתוכנן שבזכות הרעיון הסוללות של מכוניות חשמליות יוכלו לחדש את הטעינה תוך 5-10 דקות. הקנדים מפתחים עמדות טעינה גם עבור ציוד אחר.
טכנולוגיית טעינה מהירה מציעה והסטארטאפ הישראלי StoreDot. במקום לשנות את אופן פעולתו של המטען, הם פנו לכימיה של הסוללה עצמה. במקום גרפיט משתמשים בפח, גרמניום וסיליקון בשילוב עם תרכובות אורגניות. טעינת הסוללה ששימשה לקלנועית החשמלית הושבה תוך חמש דקות בלבד. מומחים מפתחים סוללת טלפון שיכולה להיטען באותה מהירות. בין המשקיעים של הסטארט-אפ נמנים מרצדס דיימלר וסמסונג. עם זאת, שוב, השאלה היא במחיר - בתחילה הסוללות בהחלט לא יהיו זולות.
סטארט-אפים מבטיחים סוללות דקות במיוחד
אם אנחנו מדברים על סוללות ליתיום, המשימה שלייצור סוללה בעובי של כ -1 מ"מ אפשרי למדי. אך אם יש צורך לשמור על יכולת, הנפח הפיזי של החומר הפעיל בסוללה חייב להישאר ללא שינוי. התוצאה היא סוללה דקה אך רחבה מאוד. יחד עם זאת, מחווני היעילות האנרגטית של המכשיר יהיו נמוכים מאלה של "עמיתיהם" הסטנדרטיים.
לכן, סוללות ליתיום דקות במיוחד הן מבוקשותרק בתחומי מכשור ספציפיים. כשמדובר בשוק ההמוני, מכשירים קומפקטיים תמיד מבוקשים. לדוגמא, בשורת הסוללות החיצוניות של רשת ההפצה הפדרלית אנרגון, דגם ה- Revolter 5000 הוא בעובי 5 מ"מ בלבד, ומימדים כאלה כבר נתפסים בעיני הצרכנים כפורמט דק במיוחד.
בין הטכנולוגיות שיחסכוקיבולת הסוללה בזמן התכווצות - סטארטאפים מיפן. לדוגמא, 3Dom (סטארטאפ שהופיע בשנת 2014 באוניברסיטת טוקיו). עד שנת 2022, התוכניות כוללות ייצור סוללות ליתיום ממתכת, שבאותה מידה יעילות יותר מסוללות ליתיום יון מודרניות.
הטכנולוגיה היפנית מבוססת על החלפת פחמןחומרים למתכת ליתיום. כימיה כזו מספקת צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, אך במקביל עולה הסיכון לקצרים ושריפות.
סטארט-אפים: לחיים ארוכים
ישנם חומרי אלקטרודה רבים,מתן יציבות אופניים יוצאת דופן - למשל LTO או NMC. אך בשל העלות, סוללות כאלה אינן זמינות לשוק הצרכנים הכללי. ועד כה אין תנאים מוקדמים שהמצב ישתנה בקרוב.
אך שינויים מתרחשים - לא רק בשטחכימיה של מכשירים, אך גם בקרים, ניהול טעינה, יעילות אנרגטית של מכשירים. בעבודה משולבת הם מאריכים משמעותית את חיי הסוללות. אפילו אילון מאסק, שאוהב הבטחות נועזות, הודה כי שיפור סוללות ליתיום יון מבטיח יותר, ולא מחפש טכנולוגיות חדשות לחלוטין.
בין הטכנולוגיות החדשות שמגיעותלהציע לשוק סוללות שבהן מתכות יקרות מוחלפות בחומרים זולים ונפוצים. כך למשל, הסטארט-אפ האמריקאי Conamix מבטיח להסיר קובלט, אלמנט שנכרה בקונגו. ממשלת הרפובליקה הזו מעלה כל הזמן את המס על חומרי גלם. ההתפתחויות הנוכחיות יפחיתו את תכולת המתכת הזו בסוללות רכב חשמלי מ-20% ל-4%.
כיצד סוללות מפריעות לפיתוח טכנולוגיות מבטיחות
למרבה הצער, התקדמות איטית בשטחסוללות אחסון מגבילות במידה רבה את ההתפתחות של תעשיות קשורות. סמארטפונים, מחשבים ניידים, רכבים חשמליים הופכים "ממולאים" יותר ויותר טכנולוגית ודורשים יותר ויותר אנרגיה. לדוגמא, למשתמש חכם פעיל חיי סוללה של 6-8 שעות. יתר על כן, בממוצע, רוסי פותח 10-12 בקשות מדי יום. בהקשר זה מפתחי סמארטפונים בוחרים תוכניות לחיסכון באנרגיה. חלק מהיצרנים בונים יישומים בקושחה כברירת מחדל, בעוד שאחרים מותירים את הבחירה בידי המשתמש - הם מציעים להוריד אותם. אם סוללות יעילות יהיו זמינות, האפשרויות לשימוש בתוכניות יגדלו.
כיוון נוסף הוא אנרגיה סולארית.רוב ההתקנות תופסות מקום רב והן יקרות. עובדה ידועה: חלק הארי בעלויות פריסת מערכות סולאריות קשור ברכישת סוללות שיאגרו אנרגיה. לכן אחסון זול יותר וחסכוני יותר באנרגיה יאפשר אימוץ משמעותי יותר של טכנולוגיות ירוקות.
החיפוש אחר אחסון אנרגיה יעיל מתרחש ובתחום האנרגיה הסולארית. לדוגמא, חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד מציעים אלטרנטיבה - שימוש במערכות ביולוגיות. הטכנולוגיה כוללת מיצוי של מתאן באמצעות החיידק Methanococcus maripaludis. לאחר מכן מתוכנן להפוך אותו לחשמל בזכות התשתית הקיימת.
ישנן מספר סיבות המעכבות את המראהסוללות חדשות ויעילות יותר. אחד מהם הוא עלות הפיתוח הגבוהה ביותר. לפי Lux Research, בממוצע, נדרשים עד 40 מיליון דולר על פני שמונה שנים כדי לשמור על סטארטאפ ממוקד במציאת פתרונות חדשים בתחום אגירת האנרגיה וההובלה. לדוגמה, החברה היפנית New Energy & הארגון לפיתוח טכנולוגיה תעשייתית הקצה 90 מיליון ליצירת סוג חדש של סוללה. אבל לעתים קרובות יותר, סטארטאפים צריכים לחפש מימון. לדוגמה, StoreDot פנתה למימון המונים והצליחה למשוך השקעות של 6.25 מיליון דולר.
שכפול פיתוחים חדשים יעלה יותריקר יותר. ההערכה היא כי נדרשים כ -500 מיליון דולר כדי ליצור קו ייצור חדש ולפתור לבד קשורות. לכן, טכנולוגיות שנראות כמו נסים לא תמיד מפותחות במהירות.
הכנסת טכנולוגיות חדשות אינה מהירה. ואכן, יותר מ -10 שנים חלפו מאז הקמתן של סוללות ליתיום-יון לתחילת הייצור ההמוני.
ראה גם:
אפשר ליצור כור תרמו-גרעיני בכדור הארץ. מה יהיו ההשלכות?
קרחון יום הדין התגלה כמסוכן יותר ממה שחשבו המדענים. אנחנו מספרים את העיקר
ביום המחלה השלישי, רוב החולים ב- COVID-19 מאבדים את חוש הריח שלהם ולעיתים קרובות סובלים מנזלת