Elektroauto akumulatori mainās: kā tiek grautas ierastās robežas

Elektroautomobiļi mūs pārsteidz ar izcilu dinamiku, kā arī vienmērīgu un klusu darbību, taču tie joprojām maksā dārgāk nekā iekšdedzes dzinēju automobiļi, un enerģijas rezerves tie atgūst lēnāk, salīdzinot ar degvielas uzpildi.

No 2035. gada ir noteikts, ka Eiropas Savienībā visi jaunie automobiļi būs tikai elektriski, tāpēc līdz šim periodam tiem jākļūst par dzīvotspējīgu alternatīvu automašīnām, kas tiek darbinātas ar fosilo degvielu. Kādi uzlabojumi ļauj domāt, ka tas kļūs par realitāti?

Lielāka sniedzamība

Pirmās paaudzes Nissan Leaf, kas debitēja pirms 13 gadiem ar 24 kWh akumulatoru, optimālos apstākļos varēja veikt vien aptuveni 150 km. Tagad tāda paša izmēra kompaktie hečbeki, piemēram, Volkswagen ID.3 un Renault Megane E-Tech, ar vienu uzlādi spēj nobraukt aptuveni 400 km, turklāt tie uzlādējas trīskārt ātrāk un var lepoties ar labāku dinamiku.

Daži mūsdienu elektroauto sniedzamības ziņā spēj konkurēt ar dīzeļiem. Piemēram, greznais Mercedes-EQS ar 108 kWh akumulatoru var nobraukt veselus 784 km. Pat ģimenes krosoveru sniedzamība ir līdzvērtīga benzīna dzinēja automobiļiem: Ford Mustang Mach-E ar 91 kWh akumulatoru ir pa spēkam pieveikt 600 km ar pilnu uzlādi.

Tomēr ne visos parametros elektriskais transportlīdzeklis spēj turēt līdzi iekšdedzes dzinēju automobiļiem. Garākos maršrutos uzlādes stacijās tam nāksies uzlādēties ilgāk, jo akumulatoru nevar piepildīt tik ātri kā iekšdedzes dzinēja degvielas tvertni. Turklāt apstāties nāksies biežāk: braucot lielā ātrumā, elektroauto enerģiju iztērē ātrāk.

Ar elektromotoriem problēmu nav, un arī infrastruktūra strauji uzlabojas. Lielākais šķērslis šī segmenta progresā ir akumulatori, jo no tiem ir atkarīgs arī uzlādes ātrums. Lai ar pilnu uzlādi nobrauktu vairāk kilometru, nepieciešams lielāks akumulators, taču – tāds palielina automobiļa kopējo svaru, kas atkal liek elektromotoram tērēt vairāk enerģijas. Apburtais loks?

Nepieciešams arvien vairāk izejvielu

Starptautiskās Enerģētikas aģentūras dati liecina, ka litija jonu akumulatoru ražošana gada laikā ir strauji pieaugusi, pat par 65% – no 330 GWh 2021. gadā līdz 550 GWh 2022. gadā. Galvenais iemesls – ir palielinājies pieprasījums pēc elektroauto akumulatoriem. Aģentūra norāda, ka 2022. gadā pirmo reizi pieprasījums pēc litija pārsniedza piedāvājumu. 60% visa iegūtā litija, 30% kobalta un 10% niķeļa tika izmantoti tieši šajos akumulatoros. Taču šo reto materiālu ieguve nav dabai saudzīgākais process, un šis fakts grauj daudzo valstu apņemšanos dzīvot ilgtspējīgi.

Litija jonu akumulatori pašlaik ir vispopulārākie. Tiem ir liels enerģijas blīvums, un tie uztur augstu spriegumu, tāpēc arī efektivitātes rādītāji ir izcili. Tomēr šajos akumulatoros ir arī retāk sastopami un sarežģītāk iegūstami metāli, tostarp kadmijs, niķelis un kobalts, tāpēc ir jautājums – vai šos elementus ar kaut ko var aizstāt.

Eleport Latvija vadītājs Kārlis Mendziņš

Nākotnē elektroauto īpatsvars kļūs arvien lielāks, kas sadārdzinās izmantojamo materiālu izmaksas un padarīs izejvielu ieguvi arvien sarežģītāku. Tāpēc inženieri pēta jaunas tehnoloģijas, kuras akumulatorus ļautu radīt ne tikai videi saudzīgākus, bet arī rentablākus.

Risinājumi ir!

Patiecoties mūsdienu tehnoloģijām, arvien populārāki kļūst dzelzs fosfātu akumulatori. Dažos rādītājos, piemēram, enerģijas blīvuma ziņā, tie nedaudz atpaliek no litija jonu akumulatoriem, tomēr tajos izmanto lētākus metālus un tie ir nedaudz drošāki. Piemēram, pēc trieciena tie rada mazāku elektrisko izlādi un ir izturīgāki pret temperatūras svārstībām.

Eleport Latvija vadītājs Kārlis Mendziņš

Kompānija Ford Eiropā un Ziemeļamerikā ir sākusi uzstādīt litija dzelzs fosfāta (LFP) akumulatorus, un Mičiganā tiek plānots būvēt pat speciālu rūpnīcu. Ford pārstāvji apgalvo, ka pāreja no niķeļa-kobalta-mangāna (NCM) akumulatoriem ļaus samazināt elektroauto izmaksas un palielināt ražošanas apjomus. Līdz gada beigām ražošanas jaudai vajadzētu sasniegt 600 000 vienību.

Pirmais modelis, kas aprīkots ar LFP akumulatoriem, ir Mustang Mach-E Standard Range. Šis jaunievedums automobiļa svaru ir palielinājis par 46 kg, taču ir palielinājusies arī akumulatora ietilpība: no 70 līdz 72 kWh, respektīvi – par 2 kWh vairāk. Savukārt tas ar pilnu uzlādi ļauj nobraukt vairāk – sniedzamība ir palielinājies no 440 līdz 480 km.

Būtiskākā atšķirība ir uzlādes ātrums. Izturīgāks akumulators drošāk pieņem lielāku jaudu, tāpēc uzlādes jauda ir pieaugusi no 115 līdz 150 kW. Tādējādi uzlādes laiks no 10 līdz 80 procentiem ir sarucis pat par 5 minūtēm – no 38 līdz 33 minūtēm.

Lai gan jaunu automobiļu cenas strauji pieaug, Ford elektriskā krosovera izmaksas ir ievērojami samazinājušās. Mustang Mach-E bāzes modeļa cena Standart Range versijā ir 51 200 eiro.

Lai arī LFP akumulatori jau ir pieejami, tomēr zinātnieki un inženieri lūko atrast vēl kādus risinājumus. Piemēram, Teksasas Universitātes pētnieki strādā pie litija jonu akumulatora bez kobalta katoda. Kāpēc? Jo kobalts ir rets un ļoti dārgs materiāls, turklāt tā ieguve nav uzskatāma par videi saudzīgu. Jaunajā variantā tas tiek aizstāts ar 89% niķeļa, alumīnija un mangāna. Turklāt šai kombinācijai ir vēl viena priekšrocība – pievienojot niķeli, joni akumulatorā sadalās labāk.

Interesanti jaunumi nāk arī no Kalifornijas Universitātes – tur pētnieki strādā pie tehnoloģijas, kas tīra silīcija iegūšanai izmanto smiltis. Izrādās, ka tas varētu sniegt trīskārt labāku veiktspēju nekā pašreizējie litija jonu akumulatori, kur izmanto grafītu. Silīcijs arī ievērojami pagarinātu akumulatora kalpošanas laiku. Akumulatoru ražotājs Silnano, ko atbalsta Daimler un BMW, jau izmēģina šo tehnoloģiju masveida produkcijā un sola, ka tuvākajā nākotnē ar šādiem akumulatoriem aprīkotie automobiļi varēs nobraukt par 40% tālāk.

Vai cietvielu akumulatoriem ir nākotne?

Cietvielu akumulatoriem ir ievērojami lielāks enerģijas blīvums. Ja šodien elektromobiļos būtu šādi akumulatori, tad tie ar vienu uzlādi nobrauktu krietni tālāk, bet uzlādes laiks paātrinātos vēl vairāk. Piemēram, standarta versijas Mustang Mach-E, kas daudzus autobraucējus ar 480 km sniedzamību apmierina jau tagad, cietvielu akumulatora gadījumā spētu veikt pat 720 km.

Reizēm ražotāji paziņo par jaunumiem saistībā ar cietvielu akumulatoriem, kuros elektrolīts vairs nav želejas formā, bet gan ir kā cieta viela. Tas ļauj uzturēt ekstrēmākus apstākļus starp spriegumiem un sniedz lielāku uzlādes ātrumu, kas nekaitē drošībai. Manuprāt – ja cietvielu akumulatori drīzumā nonāks līdz masveida ražošanai, elektroauto tirgū tiem ir paredzams lielāks potenciāls.

Eleport Latvija vadītājs Kārlis Mendziņš

Turklāt cietvielu akumulatori ir drošāki, jo ir izturīgāki pret triecieniem. Savukārt tas ievērojami samazina tehnisku negadījumu iespēju.

Likumsakarīgi var rasties jautājums – kāpēc šādi akumulatori netiek uzstādīti jau tagad? Atbilde ir vienkārša – tā ir jauna un joprojām ārkārtīgi dārga tehnoloģija. Taču ar to strādā arvien vairāk uzņēmumu, tāpēc ir tikai laika jautājums, kad šādi akumulatori kļūs par mūsu ikdienu.