New-Tech Magazine | April 2020

לק"ג), עלינו לחפש דרכים להגדיל את צפיפות האנרגיה באופן משמעותי. על פי מפות הדרכים של המחקר והפיתוח, 1,000 תאים חשמליים עם צפיפות אנרגיה של ואט־שעה לליטר צפויים להגיע לשוק בשנת והם יתבססו על טכנולוגיית סוללת מתכת 2030 ליתיום מוצקה. עוד נחזור ונדון בפוטנציאל של סוללות מוצקות בהמשך, אולם תחילה עלינו לדבר על הגישה החלופית להגדלת צפיפות האנרגיה של סוללה לרכב חשמלי: סוללה המורכבת מתאים חשמליים "חכמים". תאים חשמליים "חכמים": אחת הדרכים להגדלת טווח הנסיעה של רכב חשמלי מלבד התאים החשמליים המרכיבים את הסוללות הגדולות המשמשות ברכב חשמלי, מכילה הסוללה גם חיישנים והתקנים אלקטרונים לניהול טעינת ופריקת הסוללה ולניטור מצבה. כך לדוגמה: כדי לשמור על בריאות הסוללה ולמנוע בלאי מוקדם, מערכת ניהול הסוללות (בראשי תיבות באנגלית: ) תשתמש לרוב רק בחלק מהאנרגיה BMS האגורה בתאים, כדי למנוע שינויים מבניים הרסניים לכימיית התא החשמלי. או בפשטות: טווח הנסיעה החשמלי בפועל מקיבולת הסוללה 80% עד 60% הוא רק (בהתאם לסוג הרכב החשמלי). שימוש בתאים חשמליים "חכמים" שבהם מותקנים מיקרו־חיישנים לשיפור ניטור מצב הטעינה ובריאותה הכללית של הסוללה יכול לשפר מאוד את ניהול האנרגיה וכך להוביל להגדלת טווח הנסיעה החשמלי. – איגוד של מוסדות המחקר EnergyVille ו־ KU Leuven , VITO , imec הבלגיים , העוסק בתחום מערכות אנרגיה UHasselt חכמות ואנרגיה בת־קיימא – שוקד בימים אלה על פיתוח תאי סוללה חכמים המשתמשים במערכים של חיישנים ומעגלים אלקטרוניים מובנים לתקשורת עם ערכת ) והצגתם של אבות BMS ניהול הסוללות ( הטיפוס הראשונים צפויה בשנים הקרובות. השלב הבא: מימוש הפוטנציאל של סוללה מוצקה הרכב החשמלי הראשון שיונע בכוחן של סוללות .2020־ מוצקות צפוי להגיע לשוק באמצע שנות ה טויוטה כבר הכריזה על הצגת אב הטיפוס שלה באולימפיאדת טוקיו שתערך בקיץ השנה. עם זאת, הדורות הראשונים של תאי ליתיום־ יון מוצקים לא יספקו צפיפות אנרגיה גדולה

, חומר חדש שישמש בדור הבא של imec תיאור: האלקטרוליט המוצק של :1 איור « .imec מקור: סוללות הליתיום־יון לרכב חשמלי (הדגם מוצג להמחשה בלבד).

אין צורך בחלק מהרכיבים האלקטרוניים לניטור מצבן ובטיחותן. עוד יתרון של סוללות מוצקות הוא שהפרש הפוטנציאלים שלהן גדול יותר מזה של סוללות ליתיום־ יון רטובות, מה שמקטין את הסיכון לנזק לסוללה בשעת טעינה ופריקה ומגדיל את האנרגיה הנצילה של כל אחד מתאי הסוללה. פירושו של דבר הוא שהאנרגיה הנצילה של סוללות ליתיום־יון מוצקות תהיה גדולה יותר גם אם בדורות הראשונים צפיפות האנרגיה שלהן לא תהיה גדולה יותר, ולפעמים אפילו קטנה יותר, מזאת של סוללות ליתיום־יון רטובות.

יותר מזאת של תאי ליתיום־יון רטובים, מכיוון שבשלב הראשון האלקטרודות יהיו עשויות עדיין מאותם חומרים. אם כך, נשאלת השאלה מה בכלל הטעם בסוללות מוצקות? ובכן, אחד היתרונות של סוללות מוצקות הוא ביכולת לסדר את התאים החשמליים במבנה דו־קוטבי שמגדיל את המתח שיכול לספק התא החשמלי. כמו כן, המבנה הדו־קוטבי מאפשר להכניס יותר תאים חשמליים לסוללה בנפח נתון. יתרון נוסף של סוללות ליתיום־יון מוצקות הוא שהן בטיחותיות יותר לשימוש ולכן

) גדלה פי שלושה מאז LiB( תיאור: צפיפות האנרגיה של סוללת ליתיום־יון :2 איור « . שיפורים במבנה תא הליתיום־יון, כמו שימוש 1991 שהוצגה לראשונה על ידי סוני בשנת לשיפור שנתי 2010 עד 1995 , הובילו בין השנים LiCoO 2 באנודה מגרפיט וקתודה עשויה ואט־שעה לליטר בצפיפות האנרגיה של הסוללה. שימוש בחומרים חדשים 25 ממוצע של , בהתאמה) והוספה NMC־ ו NCA : (בראשי תיבות NiMnCo־ ו NiCoAl כמו קתודה עשויה הדרגתית של סיליקון לאנודה מגרפיט שמרו על מגמת השיפור הזאת מאז ועד היום. אולם, עם החומרים המוכרים לנו כיום צפויה להיעצר מגמת שיפור צפיפות האנרגיה של סוללות ואט־שעה לליטר. סוללות מוצקות יצטרכו לפרוץ את 800 ליתיום־יון רטובות בסביבות ואט־שעה לליטר ואף יותר. 1,000 המחסום הזה ולהגיע לצפיפות אנרגיה של

49 l New-Tech Magazine