2010 metais rinkoje debiutavęs „Nissan Leaf“ su kone 300 kilogramų sveriančia 24 kWh talpos baterija šiuolaikiniam vartotojui atrodo juokingai, tačiau savo laiku tai buvo itin novatoriškas automobilis. Būtent naujų inžinerinių sprendimų paieškos stengiantis sumažinti savikainą, apeinant riboto brangiųjų metalų tiekimo klausimus ar tiesiog bandant dar labiau pagerinti technines charakteristikas, šiuo metu suryja daugiausia automobilių gamintojų laiko ir lėšų.
Visi ieško partnerių
Savarankiškai pradėti baterijų gamybą per ypač trumpą laiką – sunkiai įveikiama užduotis net ir didiesiems koncernams. O baterijų reikėjo čia ir dabar, todėl dauguma gamintojų suskubo ieškoti šioje srityje patirties turinčių partnerių. Netgi elektromobilių gamybos lydere laikoma „Tesla“ yra priklausoma nuo ilgametės partnerės „Panasonic“, mat ši tiekia didžiąją dalį vėliau į paketus sujungiamų celių.
„Hyundai“ visai neseniai pasirašė sutartį su žinoma Pietų Korėjos firma „SK on“ ir taip užsitikrino baterijų tiekimą Šiaurės Amerikoje gaminamiems automobiliams. Automobilių pramonės milžinė „Stellantis“ lygiomis dalimis su „Mercedes-Benz“ ir „TotalEnergies“ valdo elektromobilių baterijų gamintoją „Automotive Cells Company“.
Transporto pramonei orientuojantis į spartų elektromobilių pardavimo augimą, sudaromos vis naujos partnerystės. Iki 2024 metų įmonių grupė „Stellantis“ siekia naudoti dviejų pagrindinių tipų baterijas – tiek su nikeliu ir kobaltu, tiek be šių medžiagų. O tai būtų sunkiai įmanoma pasiekti be elektronikos specialistų pagalbos. Norėdamas padidinti baterijų gamybos apimtis, automobilių gamintojas drauge su „Samsung SDI“ investuos 2,5 mlrd. JAV dolerių (2,3 mlrd. eurų) į naują Indianos valstijoje (JAV) statomą gamyklą.
Būtent sėkmingi strateginiai žingsniai per pastaruosius penketą metų leido „Stellantis“, „Hyundai“ ir „Volkswagen“ grupei beveik pasivyti, o kai kuriais aspektais – ir aplenkti „Tesla“. 250 kW siekianti didžiausia „Model 3“ įkrovimo galia dabar jau nieko nestebina, „Porsche Taycan“ jau galima įkrauti 270 kW, o „Hyundai Ioniq 5“ ar „Kia EV6“ – net 350 kW galia.
Taip pat atsirado gamintojų, siūlančių pakankamai didelės talpos baterijas už itin patrauklią kainą. Pagal šiuos kriterijus konkurentų kol kas neturi „Stellantis“ prekių ženklai. Pavyzdžiui, „Citroën ë-C4“ ar „Peugeot e-208“ elektromobiliai viena įkrova nuvažiuoja didesnį nei 300 kilometrų atstumą, o, atskaičiavus valstybės skiriamos kompensacijos sumą, Lietuvoje tokių elektromobilių kaina siekia maždaug 30 tūkst. eurų.
Trijų tipų baterijos
Vilniaus technologijų ir dizaino kolegijos Elektros ir elektronikos inžinerijos katedros doc. dr. Aurelijus Pitrėnas pabrėžia, kad šiuo metu elektromobilių gamintojai daugiausia naudoja trijų pagrindinių tipų ličio jonų akumuliatorius: nikelio-magnio-kobalto (NMC), nikelio-kobalto-aliuminio (NCA) ir geležies fosfato (LFP).
„Absoliuti dauguma elektromobilių gamintojų renkasi NMC tipo ličio jonų baterijas. Viena iš pirmaujančių įmonių šioje srityje, „Tesla“, didžiausią atstumą įveikiančiuose elektromobiliuose montuoja NCA, o pigesniuose modeliuose – LFP tipo baterijas“, – pavyzdį pateikia mokslininkas.
Anot pašnekovo, tokį „Tesla“ sprendimą lėmė elementarus išlaidų optimizavimas. Viena geležies fosfato baterijos kilovatvalandė yra apie 30 proc. pigesnė nei kobalto turinčių baterijų, tačiau jų energijos tankis (Wh/kg) yra apie 25 proc. mažesnis. Tai reiškia, kad geležies fosfato baterijos kol kas gali būti montuojamos tik pigesniuose ir mažesnį atstumą viena įkrova nuvažiuojančiuose elektromobiliuose.
„Stellantis“ taip pat ieško būdų, kaip sumažinti nikelio ir kobalto poreikį. Nuo 2024 metų siekiama pradėti antro tipo baterijų gamybą, tačiau „Citroën“, „Peugeot“, „Opel“ ir kituose Europos rinkoje parduodamuose šios įmonių grupės elektromobiliuose greičiausiai nebus montuojamos geležies fosfato baterijos. Kol kas ieškoma efektyvesnio inžinerinio sprendimo.
„Tesla“ garsiai skelbia apie šiuo metu tobulinamą inovaciją – 4 680 celių baterijas. Visgi, kaip pastebi A. Pitrėnas, šios baterijos nėra kažkuo labai ypatingos. Vienintelis privalumas – gaminant elektromobilio bateriją iš didesnių elementų, jų reikia mažiau, tad taip sutaupoma medžiagų atskiriems korpusams gaminti.
„Tesla“ planuojamų gaminti elementų konstrukcijoje taip pat yra keletas pakeitimų, kurie leis nuvesti šilumą per anodą, todėl šio tipo elementai bus efektyviau aušinami. Lyginant su rinkoje dabar naudojamais sprendimais, tai šiokia tokia pažanga. Vis dėlto bendrame kontekste tai nėra esminis proveržis“, – konstatuoja mokslininkas.
Ne visos naujovės prigyja
Nemažą intrigą pastaraisiais metais sukėlė kalbos apie natrio jonų baterijas, tačiau šios technologijos serijinei gamybai kol kas nesugebėjo parengti nė viena įmonė. Ambicijų nestokojanti, daugiau nei trečdalį baterijų rinkos 2022-aisiais užėmusi Kinijos milžinė, CATL bendrovė, praneša dar šiemet pradėsianti natrio jonų celių gamybą.
„Šio tipo baterijos pasižymi mažesne kaina, nes jų gamyboje naudojamos ne tokios retos medžiagos. Taip pat jos išsiskiria labai dideliu įkrovimo–iškrovimo ciklų skaičiumi, bet, vertinant pagal tokią pačią talpą, jos yra didesnės ir sunkesnės. Pastarasis trūkumas gali tapti esmine kliūtimi plačiai jas taikyti elektromobilių pramonėje“, – komentuoja A. Pitrėnas.
Dar didesnį ažiotažą kelia užuominos apie kietojo būvio baterijas, kurias jau 15 metų tobulina Taivano įmonė „ProLogium“. Su „Mercedes-Benz“ komercinio transporto padaliniu bendradarbiaujanti bendrovė dar 2021 metais Brėmene (Vokietija) pristatė pirmuosius 20 elektra varomų autobusų, kuriuose sumontuotos kietojo būvio baterijos.
„Aišku, šie autobusai kol kas tik bandomieji, tačiau svarbus pats faktas, kad ši baterijų technologija jau testuojama realiomis sąlygomis. Žiūrint iš teorinės pusės, tokios baterijos esminių trūkumų neturi. Veikiau atvirkščiai – už dabartines jos yra pranašesnės energijos tankiu ir saugesnės“, – pastebi A. Pitrėnas.
Neišnaudoja stotelių galios
Mokslininkas rimtai nevertina kai kurių gamintojų pareiškimų, esą baterijų technologijos savo našumu aplenkė dabartinės įkrovimo įrangos galimybes. Anot pašnekovo, tai galima būtų laikyti rinkodaros triuku, nes realiomis sąlygomis anaiptol ne visada įmanoma išnaudoti maksimalią įkrovimo stotelių galią. Daug įtakos turi klimato sąlygos, baterijos įkrovos lygis ir temperatūra tiek pradedant krovimą, tiek jo metu.
„Jei nagrinėtume atvejį, kuomet elektromobilio baterijos būklė ir aplinkos fizinės sąlygos yra idealios, galėtume teigti, kad elektromobilių gamintojai jau geba išnaudoti visą 350 kW stotelių galią. Kalbant apie įkrovimo stotelių tobulinimą, galbūt būtų galima dar labiau didinti jų galią, bet tam reikėtų keisti ir kitą įrangą, pavyzdžiui, įkrovimo jungtis“, – svarsto mokslininkas.
Pagal šiuo metu galiojančius standartus, įkrovimo kištukai ir lizdai yra pritaikyti didžiausiai 350 kW įkrovimo galiai. Vis dėlto ne visi elektromobilių gamintojai siekia maksimaliai padidinti įkrovimo spartą ir taiko kiek kitokią strategiją.
Štai „Citroën ë-C4“ ar „Peugeot e-208“ baterijos gali būti įkraunamos ne didesne nei 100 kW galia. Tai visiškai pragmatiškas sprendimas – per 10 minučių gaunamos energijos užtenka 100 kilometrų atstumui įveikti, o elektromobilis neapkraunamas papildomu didesnės talpos baterijos svoriu.
