נבחרת
הכותבים
היום שאחרי הפלאגים והמירוץ אחרי הסוללה המוצקה

היום שאחרי הפלאגים והמירוץ אחרי הסוללה המוצקה

יצרנית המצתים ("פלאגים") היפנית NGK ורבות מיצרניות הרכב מפתחות את הדור הבא של סוללות לכלי רכב חשמליים. תתרגלו למושג "סוללת מצב מוצק"


במקביל לעיכול הבשורה שימיו של מנוע הבעירה הפנימית קצובים, ובתוך כך או כך שנים הוא יובס על-ידי מערכות הנעה חשמליות, כולנו נצטרך כנראה להתרגל למושג הטכני החדש "סוללת מצב מוצק".

 

 

אלא שבעוד שעבורנו מדובר אך ורק בשינון של שלוש מילים, נסו לחשוב מה עובר על חברה בת 81 שנים שהשם שלה מחובר בקשר בל יינתק עם מצתים, "פלאגים", אשר נחוצים אך ורק למנוע בנזין ואין להם זכות קיום בלעדיו.

המחשבה המבהילה הזאת – על עולם שבו אין יותר מי שזקוק לסחורה שיש לך למכור – הטרידה את מנוחתם של קברניטי חברת NGK היפנית – יצרנית הפלאגים הגדולה ביותר בעולם, כבר בשנת 2010.

אבל במקום לשקוע בדיכאון עמוק, או להתעטף בשאננות ולחשוב שצי הרכב הקיים בעולם, אשר מונע באמצעות מאות מיליוני מנועי בנזין, יצרוך מצתים לפחות במהלך חמישים השנים הבאות – אנשי NGK החליטו לעשות מעשה ולשרטט מחדש את העתיד של החברה שלהם.

היות ש-NGK מתמחה, בין השאר, בפיתוח של חומרים כימיים, בחנו קברניטיה את הצל שמתחיל להאפיל על העסק שלהם – כלומר את התפתחות ההנעה החשמלית, וחיפשו במה יכול תחום התמחותם לסייע לטכנולוגיה שמכונית כזאת זקוקה לה. אם תרצו, חשיבה מסוג כזה היא זאת שמניעה בימינו את חברות הטבק להשקיע בגידולי מריחואנה בארצות הברית, או את יצרניות הרכב להשקיע בחברות לתחבורה משתפת.

עקב אכילס של הנעה חשמלית בימינו הוא הסוללות, אשר אמנם מתפתחות במהירות בשנים האחרונות אבל עדיין לא מספקות את היחס הנכון בין תכולת אנרגיה, מחיר ויציבות כימית שיאפשר למכונית חשמלית להציע טווח נסיעה וזמני טעינה מתאימים להתמודדות מול מנועי בעירה פנימית. אנשי NGK הגיעו למסקנה שיש להם מספיק זמן כדי להתעלם מן הדור הנוכחי של סוללות מסוג ליתיום יון, שנמצאות כרגע בחזית הטכנולוגיה הרלבנטית, ולדלג ישר אל דור הסוללות הבא, שטרם פותח לרמה מסחרית, שהוא "סוללות מצב מוצק".

הסוללות שמוכרות לנו כיום להנעת רכב מבוססות על אלקטרוליט – שהוא התווך שבתוכו מתרוצצים היונים החשמליים בין הקוטב החיובי לשלישי בסוללה – אלקטרוליט שנמצא במצב נוזלי, בין אם כנוזל ממש או כג'ל, כלומר נוזל סמיך מאד. סוללות מצב מוצק, כפי שהשם שלהן יותר מאשר מרמז, מבוססות על אלקטרוליט מוצק אשר לא סובל מן הבעיה המשמעותית ביותר של נוזל או ג'ל: נטייה מובנית להתחממות ולשחרור של גזים רעילים.

לא מדובר בבעיה זניחה: אלקטרוליט נוזלי בסוללת ליתיום-יון מתחמם מאד תוך כדי טעינה, ולעיתים גם תוך כדי שימוש אינטנסיבי (למשל במצב שבו מכונית עם מאריך טווח נוסעת במהירות לאורך זמן), וכאשר אחד מתאי הסוללה ניזוק הוא עלול להתחיל לבעור או אפילו להתפוצץ. סוללה גדולה ולוהטת מסכנת את יושבי הרכב גם בעת תאונה, בדיוק מאותה סיבה, ואם לא די בכל זאת – הנוזל או הג'ל שוקלים הרבה והופכים סוללות גדולות למשקולת כבדה מאד שדורשת לא מעט אנרגיה כדי להזיז אותה.

גם סוללות מצב מוצק זקוקות לתווך שבתוכו יתרוצצו האלקטרונים אלא שהתווך הזה הוא מוצק, צפיפות האנרגיה שלו גבוהה יותר וניהול החום שלו פחות גרוע. כך, לכל הפחות בתיאוריה, היות שהחומר המושלם לתפקיד הזה עדיין לא נמצא, לפחות לא עבור הנעת מכוניות.

סוללות מצב מוצק משמשות בימינו במכשירים חשמליים שונים, למשל טלפונים סלולריים, מצלמות וכיוצא באלה, אולם רק בכאלה שתכולת האנרגיה שנדרשת מהן לא גדולה, וכאשר הן לא נדרשות לטעינה ופריקה של כמויות גדולות של חשמל. עם זאת, היות שכל כך הרבה מוחות טובים שוקדים בימים אלה על פיתוח סוללות מצב מוצק צריך להניח שבמוקדם או במאוחר תגיע פריצת הדרך המיוחלת.

כאשר זה יקרה יהיו לנו סוללות קומפקטיות יותר, קלות בהרבה, ועם תכולת אנרגיה גבוהה מאד. פריצת דרך כזאת שקולה למה שקרה לתעשיית התאורה בעולם בחמש השנים האחרונות לאחר גילוי טכנולוגיית ה-LED הכחול באמצע שנות ה-90 של המאה הקודמת, והפיתוח המסחרי שלה בתחילת שנות האלפיים.

אחד הכיוונים המבטיחים ביותר בטכנולוגיית הסוללות מצב מוצק הוא שימוש בחומרים קרמיים, וזהו אחד מתחומי ההתמחות של NGK במשך עשרות שנים. בנוסף למצתים, NGK משתמשת בתרכובות קרמיות כדי לייצר חיישנים, רכיבים אלקטרוניים שבהם נעשה שימוש במוליכים-למחצה וכן מוצרים נוספים.

"נתיב הקרמיקה" של NGK הוא לא הדרך היחידה שבה צועדים כיום המדענים שמנסים לפתח את הסוללה האולטימטיבית: אנשי טויוטה, למשל, אשר הקימו לא מכבר מיזם משותף עם ענקית האלקטרוניקה פנסוניק, מתמקדים כיום בחומרים גופרתיים, ואילו חוקרים במעבדה הלאומית של לורנס באוניברסיטת ברקלי שוקדים על פיתוח סוללת מגנזיום שאמורות להציע צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. פיתוח זה, אגב, מבוסס על תרכובת של מגנזיום וסקנדיום – וההבטחה המדעית שהוא נושא איתו פורסמה לאחרונה במאמר במגזין המדעי 'Nature'.

האתגר של אנשי NGK נובע מכך שקרמיקה, כפי שהם יודעים היטב מעיסוקם במצתים, אמנם יציבה מאוד בטמפרטורות קיצוניות, אבל רמת המוליכות שלה, איך לומר, לא מאד גבוהה.
אם לא די בכך, קשה לעבד קרמיקה באופן מסחרי היות שהיא פריכה ושבירה, אבל בתום חמש שנות פיתוח מדווחים היפנים על הצלחה בפיתוח האלקטרוליט המוצק שלהם: לאחרונה הציגה החברה את סוללות המצב המוצק הקרמית הגדולה ביותר שיוצרה עד כה, בגודל של 10 על 10 ס"מ.

 

 

אנשי החברה מאמינים שייצור של סוללת מצב מוצק שתתאים לשימוש בכלי רכב חשמליים יתחיל כבר בעשור הבא, ואל התחזית הזאת הצטרפו בשבוע שעבר גם אנשי הונדה בשעה שהדובר שלהם הכחיש ידיעה לפיה החברה מפתחת סוללת מצב מוצק בשיתוף פעולה עם ניסאן והדגיש שהונדה עושה את זה בעצמה ולבדה.

כמובן שהכרזה כזאת לא נותרה ללא תגובה, ומיד בסמוך לכך פרסמו אנשי ב.מ.וו. שהם חברו אל חברת 'Solid Power' האמריקנית כדי לפתח סוללות מצב מוצק עבור הדור הבא של כלי רכב חשמליים שהם מפתחים. גם פולקסווגן וניסאן הכריזו בעבר שהן עוסקות בדרך כזאת או אחרת בטכנולוגיה הזאת, וההיגיון מחייב שהן לא היחידות, לכן צריך לצפות ששלוש המילים "סוללת מצב מוצק" יהפכו בשנים הבאות לשגורות מאד בשיח אודות הנעה חשמלית.


תגובות

גיל מלמד

נכתב על-ידי גיל מלמד

עיתונאי רכב מאז שנת 1986, מתמחה בכלי רכב, בטיחות בדרכים, ביורוקרטיה ופוליטיקה של התחבורה.
כתיבה עיתונאית (בין השאר) במגזינים 'טורבו' ו'מוטו' ובעיתונים היומיים 'ידיעות אחרונות', 'טלגרף', 'מעריב', 'סופהשבוע', 'ג'רוזלם פוסט' ו'ישראל פוסט'.
ממקימי המגזין 'מוטו', עורך ראשי של 'טורבו', ועורך תחום הרכב ב'מעריב'.