CATL מפתחת סוללת "ליתיום-אוויר" עם טווח של 1,600 קילומטרים

ענקית הסוללות הסינית CATL, השולטת בכמעט מחצית משוק סוללות הרכב העולמי, הטילה פצצה טכנולוגית השבוע וסימנה את היעד הרחוק הבא של תעשיית הרכב החשמלי והאחסון הירוק: סוללות ליתיום-אוויר. בוועידת האנרגיה היוקרתית שנערכה לאחרונה בסין, הכריז המדען הראשי של החברה, וו קאי, כי ענקית הטכנולוגיה מפנה משאבי הנדסה משמעותיים לפיתוח המסלול המהפכני הזה, המכונה בתעשייה "הסוללה הנושמת". מדובר בשינוי פרדיגמה מוחלט במבנה הכימי שליווה את עולם התחבורה בעשורים האחרונים.

הסוללות הנוכחיות המניעות את רוב המכוניות החשמליות בכבישים הן מערכות סגורות לחלוטין. הן נשענות על מתכות כבדות ויקרות כמו ניקל, קובלט ומנגן, שתפקידן לייצר את המבנה הגבישי המארח את יוני הליתיום (מכאן סוללות ליתיום-יון, ר"ק). טכנולוגיית ליתיום-אוויר, לעומת זאת, זורקת את הקתודה הכבדה הזו לפח ההיסטוריה. במקומה, הסוללה מבוססת על ארכיטקטורה פתוחה: היא משתמשת באלקטרודת ליתיום מתכתית טהורה בצד השלילי, ו"נושמת" חמצן ישירות מהאוויר הפתוח כדי לשמש כחומר מגיב בצד החיובי. המשמעות היא הפחתה דרסטית במשקל המארז, וזינוק חסר תקדים בפוטנציאל האנרגטי.

המרדף אחר צפיפות האנרגיה המושלמת

כדי להבין את גודל השינוי, כדאי להסתכל על המספרים היבשים המשגעים את מהנדסי הרכב ברחבי העולם:

סוללות ליתיום-יון עכשוויות: פועלות בצפיפות אנרגיה ממוצעת של 250 עד 270 וואט-שעה לקילוגרם. סוללות מצב מוצק (דור העתיד הקרוב), לעומת זאת צפויות להגיע לכ-500 וואט-שעה לקילוגרם לקראת סוף העשור. היעד הסופי: סוללות ליתיום-אוויר מציגות תקרת צפיפות אנרגיה תיאורטית פנומנלית של 12,000 וואט-שעה לקילוגרם – נתון המשתווה לצפיפות האנרגטית של בנזין רגיל.

כרגע, אבות טיפוס מתקדמים במעבדות כבר חצו את רף ה-1,200 וואט-שעה לקילוגרם. מדובר בביצועים הגבוהים פי ארבעה מאלו של המכוניות החשמליות המובילות כיום בשוק. יישום מסחרי מוצלח של הטכנולוגיה הזו ימחק לחלוטין את "חרדת הטווח" של הנהגים, ויאפשר לכלי רכב פרטיים לגמוע מרחק של יותר מ-1,600 קילומטרים בטעינה בודדת אחת.

מהמעבדה בארה"ב לפס הייצור בסין

הרעיון הבסיסי של סוללות ליתיום-אוויר אינו חדש, והוא נחקר עוד משנות ה-70 של המאה הקודמת. עם זאת, היישום המעשי נבלם שוב ושוב בשל רגישות קיצונית של התאים הפתוחים ללחות ולפחמן דו-חמצני באוויר – דבר שהוביל לפריקה מהירה של הסוללה, חוסר יציבות וחיי מחזור קצרים ומאכזבים.

התפנית הטכנולוגית שהכשירה את הקרקע להחלטה של CATL התרחשה בשנה שעברה. קבוצת מחקר משולבת של המכון הטכנולוגי של אילינוי והמעבדה הלאומית ארגון (Argonne) בארה"ב הציגה פריצת דרך מדעית: הם הצליחו לייצר תגובה כימית בטמפרטורת החדר, המפרקת ליתיום-חמצן בצורה יציבה, בניגוד לתרכובות המוגבלות שנוצרו בניסיונות עבר. כדי לפתור את בעיית הבטיחות וההתלקחות, החוקרים החליפו את האלקטרוליט הנוזלי הדליק במטריצה מוצקה המשלבת חומר קרמי עם פולימר מיוחד וחלקיקים ננוטכנולוגיים. השכבה המוצקה הזו מבודדת את התהליכים הרגישים, מונעת דליפות ומייצבת את התא ליותר מ-1,000 מחזורי טעינה.

העיתוי של ענקית האנרגיה הסינית אינו מקרי. כחברה החולקת גם נתח שוק עצום בתחום אגירת האנרגיה העולמית, היא יכולה להרשות לעצמה להפנות משאבים לטווח הארוך בזכות התייצבות הטכנולוגיות המסחריות הנוכחיות שלה. סוללות הנתרן-יון הזולות שלה כבר נכנסות השנה לייצור המוני ומשולבות ברכבים עירוניים נגישים של מותגים כמו ג'ילי, צ'רי וצ'אנגן.

בזמן שסוללות הנתרן הזולות כובשות את השוק העממי הנמוך, וסוללות המצב המוצק מתוכננות לייצור בהיקף מצומצם לקראת 2027, CATL מסמנת את הליתיום-אוויר כיעד האסטרטגי הבא שלה. המטרה הראשונית שלהם אינה בהכרח מכונית המיני המשפחתית, אלא פתרון צווארי הבקבוק הפיזיקליים עבור תעשיית התובלה הכבדה, משאיות הענק, ענף התעופה החשמלי, וייצוב רשתות חשמל ארציות המבוססות על אנרגיית שמש ורוח. מפת הדרכים הזו מוכיחה כי המרוץ העולמי לצפיפות האנרגיה המושלמת עולה שלב, והוא נושם אוויר פסגות חדש לגמרי.