המרוץ לסוללה המושלמת: חוקרים קוריאנים מציגים שתי פריצות דרך שיהפכו את הרכב החשמלי לאטרקטיבי יותר

מי ששוקל לרכוש רכב חשמלי נתקל תמיד באותן שתי שאלות שמטרידות את הענף כולו: כמה זמן הסוללה תחזיק מעמד לפני שתאבד מכוחה, ומדוע המחיר באולמות התצוגה עדיין גבוה כל כך בהשוואה למכונית בנזין רגילה. התשובה לשתי השאלות הללו נעוצה עמוק בתוך הכימיה של תאי הסוללה. השבוע רשמו מעבדות מחקר מובילות באסיה שתי התפתחויות מדעיות דרמטיות, אשר פותרות בדיוק את נקודות התורפה הללו ומקרבות את תעשיית הרכב אל עבר סוללות זולות, יציבות ובטוחות בהרבה.

כדי להבין את הבשורה, כדאי להכיר את המבנה הבסיסי של סוללת ליתיום-יון. כל תא מורכב משני קטבים: הקוטב השלילי, שברוב המכוניות עשוי מפחמן מסוג גרפיט, והקוטב החיובי, המכיל תערובת של מתכות. בעת טעינה ופריקה, חלקיקי הליתיום נעים שוב ושוב בין שני הקטבים הללו.

הבעיה הראשונה מתרחשת בקוטב השלילי. עם כל טעינה ושימוש, המשטח של אותו קוטב נשחק, נסדק ומאבד מיעילותו, בדומה לסוללת טלפון נייד שמתחילה להתרוקן מהר מדי אחרי שנתיים של שימוש. חוקרים מהמכון המתקדם למדע וטכנולוגיה ביפן מצאו לכך פתרון פשוט ואלגנטי: תוסף כימי מיוחד לנוזל המוליך שבסוללה. תוסף זה יוצר מעין "שכבת מגן" דקה וצפופה במיוחד על גבי המשטח כבר בטעינה הראשונה. השכבה הזו לא רק מונעת את שחיקת החומר, אלא גם מאפשרת לחשמל לזרום בקלות רבה יותר. במבחני מעבדה מחמירים, סוללות שטופלו בתוסף שמרו על למעלה מ-95 אחוזים מכושר האגירה המקורי שלהן גם אחרי אלף מחזורי טעינה מלאים, בעוד שסוללות רגילות צנחו לכ-63 אחוזים בלבד. המשמעות המעשית ברורה: חיי הסוללה ברכב עשויים להיות ארוכים פי כמה, ולמעשה לשרוד את כל חיי המכונית עצמה.

במקביל, בצד השני של הסוללה – הקוטב החיובי – רשמה יצרנית הענק הקוריאנית LG פריצת דרך חשובה לא פחות. כיום, רוב הסוללות בעלות הטווח הארוך נשענות על קובלט, מתכת נדירה, יקרה מאוד ושנויה במחלוקת מוסרית וסביבתית בשל תנאי הכרייה שלה באפריקה. התעשייה מנסה מזה שנים להחליף את הקובלט במנגן, מתכת זולה, נפוצה ויציבה בהרבה. אלא שסוללות עתירות מנגן סבלו עד כה מבעיה קשה: במהלך טעינה מהירה במתח גבוה, השתחרר מתוך החומר חמצן בצורת גז. הגז הזה הלך והצטבר בתוך המבנה הסגור של הסוללה, גרם להתנפחות מסוכנת של התאים וקיצר את חייהם.

החוקרים בקוריאה מצאו דרך מבריקה לעקוף את המלכודת. הם שינו את טווח מתח הפעולה של הסוללה וייצרו אותה בטמפרטורה מבוקרת, כך שאטומי החמצן "ננעלים" מחדש במקומם בעת פריקת החשמל, וכמעט שאינם בורחים בצורת גז מזיק. השיטה נוסתה בהצלחה על תאי ענק בקיבולת מלאה, בדיוק בגודל המשמש מכוניות אמיתיות, והציגה יציבות מרשימה לאורך כמעט תשע מאות מחזורי עבודה.

פריצות הדרך מתרחשות בשיאו של קרב עולמי חסר תקדים על השליטה בתחבורת העתיד. סין שולטת כיום ביד רמה ביותר משבעים אחוזים משרשרת הייצור של סוללות הרכב בעולם, בזכות התמקדות בסוללות זולות מבוססות ברזל ובסבסוד ממשלתי אגרסיבי שהציף את השוק בדגמים נגישים. ארצות הברית, מנגד, מזרימה מאות מיליארדי דולרים בחקיקה ייעודית כדי להחזיר את מפעלי הסוללות והרכיבים לשטחה, ואירופה מחמירה את דרישות המיחזור וטביעת הרגל הסביבתית במטרה להגן על התעשייה המקומית. במקביל, בהודו מתרחשת מהפכה שקטה ברכבים דו-גלגליים ותלת-גלגליים, שם הדרישה לסוללות זולות ועמידות בחום קיצוני היא תנאי בל יעבור.

כדי להבין את גודל המהפכה הנוכחית, ראוי להביט לאחור. מאז שהוצגה סוללת הליתיום-יון המסחרית הראשונה על ידי חברת סוני בראשית שנות התשעים עבור מצלמות וידאו ביתיות, הטכנולוגיה התקדמה בצעדים מדודים וזהירים. לקח יותר משלושה עשורים לקחת את אותם תאים זעירים, להגדיל את צפיפות האנרגיה שלהם פי כמה, ולרתום אותם להנעת משאיות ולייצוב רשתות חשמל ארציות.

ההישגים האחרונים מאסיה מוכיחים שהקפיצה הגדולה הבאה אינה מחייבת המצאה של חומרים אקזוטיים מאפס, אלא שיפור מדויק של הכימיה המוכרת. ברגע שהפיתוחים הללו ייצאו מכותלי המעבדה אל פסי הייצור ההמוניים, הם יאפשרו ליצרניות לחתוך בעלויות, להציע לצרכן סוללות עמידות ובטוחות לשנים ארוכות, ולהסיר את חסם המחיר האחרון שעומד בין הנהג הישראלי לבין מהפכת הרכב הנקי.