Sacīkstes par labākajiem akumulatoriem: kuras tehnoloģijas bruģē ceļu nākotnei?

Eiropas Savienība ir izlēmusi, ka transporta nākotnei jābūt elektriskai, un arī citas attīstītās valstis dodas šajā virzienā. Tomēr līdz laikam, kad viss transports pāries uz bezizmešu braukšanu, vēl jāmēro pagarš ceļš.

Lielākie ieguvēji šajā procesā, visticamāk, būs tie ražotāji, kuri uzturēs augstu pētniecības tempu un līdztekus veiks būtiskas investīcijas akumulatoru tehnoloģijās. Kādas ir tendences un kādi ieguvumi mūs gaida?

Elektrifikācijas tēriņi lielāki par valstu budžetu

Ziņu aģentūras Reuters publicētā informācija par paredzamajiem autoražotāju ieguldījumiem elektrifikācijā ir grūti aptverama, jo runa ir par summām, kas pārsniedz mazu valstu gada budžetu. Tomēr tas ir fakts, un investīciju apjoms ilustrē gaidāmo pārmaiņu mērogu. Tā Volvo ieguldīs 3,75 miljardus ASV dolāru, Stellantis grupa 11,5, Renault 9,4, Nissan 12,6, Jaguar Land Rover 12, Mercedes-Benz 17, bet Hyundai-Kia grupa – pat 26,3 miljardus ASV dolāru. Lai uzlabotu jaunās paaudzes elektroauto kvalitāti un sagatavotu savus uzņēmumus elektriskajai ērai, bez nosauktajām lielas investīcijas pētniecības centros un ražotnēs veiks arī daudzas citas kompānijas.

Arī tehnisko sasniegumu ambīcijas ir grandiozas: daži uzņēmumi apgalvo, ka nākotnē to elektroauto ar pilnu uzlādi spēs nobraukt vairāk nekā tūkstoš kilometru, savukārt citi pēta, kā panākt, ka akumulatoru var uzlādēt ātrāk nekā piepildīt degvielas tvertni.

Tehnoloģijas samazina elektroauto pašizmaksu

2008. gada Tesla Roadster 53 kWh akumulators svēra 450 kg. Salīdzinājumam – tikpat smags jaunākā Hyundai Ioniq 5 akumulators ietilpina 77 kWh. Abi ir izgatavoti no līdzīgiem materiāliem, tomēr Ioniq 5 akumulatoram ir krietni lielāks enerģijas blīvums.

Cilvēki mēdz domāt, ka jaunās tehnoloģijas mašīnas padarīs vēl dārgākas. Taču patiesībā ir pretēji – jo augstāka efektivitāte, jo lētāks kļūst akumulators. Jo vairāk enerģijas ražotāji iespiež vienā apjomā, jo mazāk dārgu materiālu nepieciešams. Var teikt, ka līdzekļi akumulatoros tiek ieguldīti nevis tāpēc, lai elektromašīnas aizbrauktu tālāk, bet gan tāpēc, lai tās būtu pieejamākas.

Elektrum elektromobilitātes eksperts Edgars Korsaks-Mills

Viņš uzsver, ka akumulatoru tehnoloģijas pēdējo desmit gadu laikā ir strauji attīstījušās, un tā rezultātā būtiski samazinājušās izmaksas par 1 kWh. Tāpēc ražotāji var piedāvāt ietilpīgākus akumulatorus (lielāku nobraucamo distanci) par zemāku cenu. Pēc Edgara teiktā, nozarē tiek prognozēts būtisks kilovatstundas izmaksu kritums – līdz 2030. gadam pat līdz 58%.

Populārākie akumulatoru veidi

Tirgū patlaban dominē trīs spēlētāji – CATL, LG Chem un Panasonic, kas saražo 69% visu akumulatoru. Vairums elektroauto ir aprīkoti ar dažādiem litija jonu akumulatoriem, kur galvenās atšķirības meklējamas materiālu kompozīcijā.

Litija jonu akumulatoros var tikt izmantots litija dzelzs fosfāts (LFP), litija kobalta oksīds (LCO), litija mangāna oksīds (LMO), litija niķeļa mangāna kobalta oksīds (NMC), litija niķeļa kobalta alumīnija oksīds (NCA) vai litija titanāts. Katram veidam ir savas priekšrocības un trūkumi, proti – atšķiras kapacitāte, jauda, uzlādes ātrums, kalpošanas laiks (izlādes-uzlādes cikli), reakcija uz temperatūru u.tml. Elektromašīnās lielākoties izmanto NMC, NCA, LFP un LMO akumulatorus, un arī starp tiem ir atšķirības. Piemēram, NMC un NCA nodrošina augstāku veiktspēju, taču tie ir dārgāki kobalta un niķeļa dēļ. Šī iemesla dēļ aizvien populārāki kļūst litija dzelzs fosfāta akumulatori.

Lielākā problēma ir izejvielas – tās ir dārgas, to iegūšana nav vienkārša, turklāt resursi nav neierobežoti. Piemēram, 400 kg smagā akumulatorā var būt 126 kg alumīnija, 71 kg grafīta, 41 kg niķeļa, 22 kg vara, 12 kg mangāna un daudzi citi noderīgi izejmateriāli. Tāpēc ražotāji visādi mēģina atrast labāko recepti.

Dzelzs fosfāta akumulatoriem ir mazāks enerģijas blīvums, taču materiāli ir pieejamāki un lētāki. Piemēram, tos izvēlas Ķīnas ražotāji, taču tāpat šādus akumulatorus savu Model 3 un Model Y bāzes versijās izmanto Tesla. Šādā ziņā Tesla varbūt nav pati progresīvākā, taču tā ir krietni aizskrējusi uz priekšu temperatūras pārvaldībā.

Elektrum elektromobilitātes eksperts Edgars Korsaks-Mills

Turpretī LG Chem un Hyundai savos akumulatoros pašlaik izmanto progresīvākas tehnoloģijas: tajos ir niķeļa, kobalta un magnija katodi, kā arī silīcija grafīta anodi. Ar šiem materiāliem var panākt lielāku enerģijas blīvumu, tāpēc akumulatori sver mazāk un ir kompaktāki.

Evolūcija revolūcijas vietā

Tiesa, vairākas universitātes un uzņēmumi eksperimentē arī ar pavisam citiem materiāliem. Tomēr eksperti par iespēju piedzīvot pēkšņu revolūciju izsakās visai piesardzīgi un par ticamāku scenāriju uzskata līganu progresu.

Domājams, visplašāko lietojumu iegūs nevis potenciāli labākā tehnoloģija, bet tā, kura pirmā tiks komercializēta. Piemēram, ja nātrija jonu akumulatori kļūtu par realitāti, nāktos pārkārtot ražošanas infrastruktūru. Diezgan maz ticams, ka daudzi uzņēmumi to gribēs darīt. No otras puses, tā saucamos cietvielu akumulatorus varētu uzstādīt pat jau saražotiem auto. Lai vai kā, nākotnē pārmaiņas nenotiks vienas dienas laikā, progress virzīsies uz priekšu soli pa solim.

Elektrum elektromobilitātes eksperts Edgars Korsaks-Mills

Par cietvielu akumulatoriem tos dēvē tāpēc, ka elektrolīta uzdevumu tajos pilda nevis šķidrums, bet cieta viela. Ja tos izdotos ieviest, tie sniegtu divtik lielu kapacitāti, kā arī vieglāku un kompaktāku konstrukciju.

Vai automašīna ar šādu akumulatoru spēs nobraukt 1000 kilometrus? Hipotētiski – jā, taču vai tas patiešām ir nepieciešams? Nav dzirdēts, ka cilvēki sūdzētos par iekšdedzes automobiļiem ar 500 kilometru sniedzamību. Tad kāpēc pieprasīt, lai elektroauto spēj pieveikt tūkstoti? Kurš gan tik ilgi sēž pie stūres bez pauzes? Tāpat arī – cik kilometru mēs vispār nobraucam tipiskā dienā? Vairumam nebūs vairāk par simtu. Tāpēc daudz svarīgāka ir nevis maksimāla kapacitāte, bet izvērsta infrastruktūra un auto spēja uzņemt lielu uzlādes jaudu. Ar mazāku akumulatoru elektroauto būs vieglāki, efektīvāki un lētāki, savukārt mums – sabiedrībai – jāpieņem, ka jebkura tehnoloģija ievieš pārmaiņas, un, jo ātrāk tās akceptēsim, jo vieglāk mums pašiem būs.

Elektrum elektromobilitātes eksperts Edgars Korsaks-Mills