Ενέργεια από… στέρεα βάση

Υπάρχει μια διάσημη ρήση του Άντον Τσέχοφ η οποία εσχάτως – τουλάχιστον τα τελευταία 50 χρόνια – έχει αποκτήσει αυξημένη δημοτικότητα, ξεπερνώντας τα όρια θεατρικών και παντός είδους αφηγηματικών τεχνών στους δημιουργούς των οποίων αρχικά ο ρώσος συγγραφέας την απηύθυνε.

Σύμφωνα με αυτήν «αν στην πρώτη πράξη ενός έργου βάλεις ένα πιστόλι να κρέμεται στον τοίχο, φρόντισε να έχει πυροβολήσει ως την τρίτη πράξη, αλλιώς βγάλ’ το».

Η συγκεκριμένη φράση που έχει, για όλους τους προφανείς λόγους, γνωρίσει μια νέα «καριέρα», βρίσκοντας θέση σε πολιτικές, κοινωνικές, γεωστρατηγικές και φιλοσοφικές αναλύσεις, δείχνει να ταιριάζει απόλυτα, αν και με λίγο διαφορετικό τρόπο, και στον τομέα της τεχνολογίας – και με λιγότερο απειλητικό «περίβλημα» και σημαινόμενο.

Ισως πάλι και όχι με δεδομένες τις ανακαλύψεις της σύγχρονης εποχής και τα άλματα της τεχνολογίας κυρίως προς την κατεύθυνση της AI, η οποία έχει κάποιες σκοτεινές ή, μάλλον ακριβέστερα, δυνητικά ανεξέλεγκτες πτυχές. Η ανάλυση της σκοτεινής πλευράς των ευφυών τεχνολογιών εναπόκειται ωστόσο σε άλλους πιο καθ’ ύλην αρμόδιους.

Στην προκειμένη περίπτωση, το ζητούμενο σημαινόμενο στην παραπάνω φράση από τεχνολογικής σκοπιάς είναι απλώς ότι όταν παραπάνω από μία βιομηχανίες και ερευνητές ασχολούνται με μια νέα «ανακάλυψη», είναι δεδομένο ότι θα υπάρξει μια εξέλιξη σε αυτήν σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Φυσικά αυτό δεν σημαίνει ότι όλες οι τεχνολογίες στην ιστορία της ανθρωπότητας για τις οποίες υπήρξε ένα συλλογικό ενδιαφέρον επιστημονικό και εταιρικό υλοποιήθηκαν, ωστόσο όταν το συγκείμενο αφορά την ηλεκτροκίνηση και κατ’ επέκταση τους τρόπους αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής και της διάσωσης του πλανήτη – αν δεν είναι ήδη πολύ αργά –, όταν μια ιδέα «πληθαίνει» τις εμφανίσεις της μέσα από εταιρικές συμφωνίες.

Αυξημένο ενδιαφέρον

Η ιδέα μέσω της οποίας κατασκευαστές φιλοδοξούν να σώσουν την… τιμή της ηλεκτροκίνησης είναι οι μπαταρίες στερεού τύπου, δηλαδή οι μπαταρίες όπου ο υγρός ηλεκτρολύτης των σύγχρονων μπαταριών αντικαθίσταται από ξηρό ηλεκτρολύτη με πολλαπλά οφέλη τόσο σε επίπεδο ενεργειακής πυκνότητας, όγκου αλλά και ασφάλειας.

Για τους μη εξοικειωμένους με τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας, ήδη από τις αρχές της δεκαετίας οι όμιλοι Toyota, ΒΜW, Ford, Hyundai, Renault, Nissan, VW, Stellantis και Mercedes-Benz (κοινώς όλοι) έχουν εκφράσει ενεργό ενδιαφέρον με επενδύσεις και σχετικά ερευνητικά projects για το συγκεκριμένο είδος μπαταριών που στη θεωρία τουλάχιστον υπόσχονται να τους λύσουν μια σειρά προβλήματα που συνδέονται με τις μπαταρίες υγρού ηλεκτρολύτη και την αντοχή τους στον χρόνο και την ασφάλειά τους η οποία, ας μη γελιόμαστε, αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την ευρεία αποδοχή της ηλεκτροκίνησης από το κοινό.

Ξεκαθαρίζοντας κάποια πράγματα, αυτό δεν σημαίνει ότι σύγχρονες μπαταρίες, ως επί το πλείστον, με σύσταση ιόντων λίθίου, είναι «επικίνδυνες», αν και περιστατικά όπως αυτό του Felicity Ace που τo 2022 βυθίστηκε ανοιχτά των Αζορών, μεταφέροντας εκατοντάδες ηλεκτρικά αυτοκίνητα εξαιτίας χημικής πυρκαγιάς που ξέσπασε σε κάποιο από αυτά, καθώς και ορισμένα μεμονωμένα περιστατικά ανάφλεξης EV που συνήθως οδηγούν σε ολική καταστροφή, λόγω κυρίως των ιδιαιτεροτήτων μιας φωτιάς που τροφοδοτείται από χημικά, έχουν προϊδεάσει για τις συνέπειες ενός ατυχήματος.

Αποδοτικότητα και χαμηλό βάρος

Το κύριο επιχείρημα ωστόσο υπέρ της εξέλιξης των μπαταριών στερεού τύπου δεν είναι η μεγαλύτερη ασφάλεια που είναι δεδομένη λόγω της αντικατάστασης των εξαιρετικά εύφλεκτων ηλεκτρολυτών με ξηρά στοιχεία, όπως τα πολυμερή και τα κεραμικά, αλλά η αυξημένη ενεργειακή τους πυκνότητα καθώς και η μεγαλύτερη αντοχή τους στον χρόνο. Σύμφωνα με μια πρόσφατη ανακοίνωση, στο πλαίσιο της συνεργασίας της Mercedes-Benz και της αμερικανικής startup Factorial, όπου η γερμανική φίρμα έχει επενδύσει περί τα 200 εκατομμύρια ευρώ (συμμετοχή με επενδύσεις στη startup έχουν επίσης οι όμιλοι Stellantis και Hyundai), οι μπαταρίες στερεού τύπου μπορούν να προσφέρουν έως κατά 40% μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα σε σχέση με τις «μεγαλύτερες» μπαταρίες που χρησιμοποιεί η γερμανική φίρμα στα ηλεκτρικά αυτοκίνητά της.

Αν λοιπόν η EQS 450+ SUV μπορεί να προσφέρει αυτονομία που ξεπερνά τα 700 χλμ., η υπεροχή των μπαταριών με ξηρό ηλεκτρολύτη είναι μαθηματικά αποδεδειγμένη, με δεδομένο και ότι πάντα μιλάμε για αντίστοιχου ή και μικρότερου όγκου, καθώς και ελαφρύτερη μπαταρία.

Όπως τόνισε ο Markus Schaefer, επικεφαλής τεχνολογικής εξέλιξης της Μ-Β με αφορμή την πρόσφατη δεύτερη προμήθεια μπαταριών προς δοκιμή, από μέρους της Factorial στη γερμανική φίρμα, «οι νέες μπαταρίες έχουν μικρότερο όγκο και είναι ελαφρύτερες, κάτι που σημαίνει ότι είτε στα EV θα μπορούμε να χρησιμοποιούμε περισσότερο χάλυβα αντί του ακριβού ανθρακονήματος και αλουμινίου υψηλής αντοχής, είτε να προσφέρουμε σε εκείνους που το επιθυμούν τη μεγαλύτερη δυνατή αυτονομία».

Επίσης η συγκεκριμένη τεχνολογία μπαταριών ξηρού τύπου έχει αποδειχθεί, βάσει σχετικών πειραμάτων στα οποία «συμφωνούν» όλες οι βιομηχανίες που έχουν σχετική ερευνητική δραστηριότητα, ότι προσφέρει θεαματικά ταχύτερη φόρτιση μειώνοντας τον χρόνο που χρειάζεται για την αναπλήρωση της ενέργειας μιας μπαταρίας έως το σύνηθες 80%, σε περίπου ένα τέταρτο της ώρας, μια ιδιότητα που αν επαληθευτεί και στην πράξη, αίρει ένα σημαντικό «μειονέκτημα» της ηλεκτροκίνησης, που είναι οι χρόνοι φόρτισης.

Μαραθώνιος 

Σε ό,τι αφορά το έτερο βασικό πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας, τη μεγαλύτερη αντοχή στον χρόνο και στη φθορά, είναι δεδομένο ότι οι μπαταρίες με ξηρό ηλεκτρολύτη εξαλείφουν την τάση ανάπτυξης δενδριτών που καταστρέφουν προοδευτικά τις σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Για να κατανοήσει κανείς λίγο καλύτερα τους δενδρίτες, αξίζει να γνωρίζει ότι οι μπαταρίες υγρού ηλεκτρολύτη αποτελούνται από ένα ανόδιο και ένα καθόδιο, ανάμεσα στα οποία βρίσκεται ένας πορώδης διαχωριστής από πολυμερές και ο ηλεκτρολύτης ο οποίος επιτρέπει τη μετακίνηση των ιόντων λιθίου ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια, δημιουργώντας τις χημικές αντιδράσεις που επιτρέπουν τη φόρτιση/εκφόρτιση της μπαταρίας.

Στην περίπτωση των γνωστών μπαταριών ιόντων λιθίου, το ανόδιο αποτελείται συνήθως από γραφίτη ή πυρίτιο, στοιχεία που συνδυαστικά με τον υγρό ηλεκτρολύτη έχουν την τάση κατά τη διαδικασία ταχείας φόρτισης/εκφόρτισης της μπαταρίας να δημιουργούν σχηματισμούς, τους δενδρίτες, που διαπερνούν τον πορώδη διαχωριστή και δημιουργούν βραχυκυκλώματα, καταστρέφοντας συν τω χρόνω και τη χρήση, την μπαταρία.

Παράλληλα η απουσία υγρού ηλεκτρολύτη προσφέρει μεγαλύτερη ασφάλεια σε περίπτωση ατυχημάτων, όπως τα παραπάνω, ενώ η ίδια η σύσταση της μπαταρίας απαλλάσσει σε μεγάλο βαθμό από τη χρήση σπάνιων πρώτων υλών όπως αυτές που χρησιμοποιούν οι σύγχρονες συστοιχίες ιόντων λιθίου όπως το νικέλιο και το κοβάλτιο, οι τιμές των οποίων αφενός έχουν εκτοξευθεί και αφετέρου η εξόρυξή τους είναι ιδιαιτέρως προβληματική τόσο ως διαδικασία όσο και από ανθρωπιστικής πλευράς λόγω της γεωγραφίας των

κοιτασμάτων, αναγκάζοντας τους κατασκευαστές να επινοούν και να μετέρχονται σύνθετες μεθόδους όπως η ιχνηλασιμότητα μέσω τεχνολογίας blockchain προκειμένου να διασφαλίσουν ότι το «δικό» τους κοβάλτιο, νικέλιο, γραφίτης κ.ο.κ. έχει εξορυχθεί με τρόπο που δεν επιβαρύνει το περιβάλλον και δεν εμπλέκει ανίερες πρακτικές όπως η παιδική εργασία.

Νέες λύσεις νέα προβλήματα

Αυτονόητα δεν είναι όμως όλα ρόδινα, καθώς η διαδικασία κατασκευής μπαταριών με ξηρό ηλεκτρολύτη εξακολουθεί να αποτελεί έναν δυσεπίλυτο γρίφο για τις βιομηχανίες καθώς απαιτεί συνθήκες που θυμίζουν θάλαμο υπερβαρικού οξυγόνου ενώ, τουλάχιστον με βάση όσα αποκάλυψε ο Markus Schaefer, η τεχνολογία που έχουν στα χέρια τους παρουσιάζει τις ίδιες με τις υφιστάμενες μπαταρίες, αν όχι περισσότερες, απώλειες στην απόδοσή της σε ακραίες καιρικές συνθήκες, ενώ οι συστοιχίες έχουν την τάση να διαστέλλονται με την πάροδο του χρόνου.

Σε ό,τι αφορά τα δύο τελευταία, σύμφωνα με τις σχετικές ανακοινώσεις, οι ερευνητές ήδη εργάζονται για την επίλυσή τους. «Υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που πρέπει να θέσουμε υπό έλεγχο, ωστόσο έχουμε ήδη κατά νου τις μηχανολογικές λύσεις που θα τις αντιμετωπίσουν» δήλωσε ο ίδιος σχετικά

Σε ό,τι αφορά το πρώτο σκέλος, η Factorial παράλληλα με την παραγωγή μπαταριών στερεού τύπου με το ταιριαστό όνομα Solstice (ηλιοστάσιο) προς δοκιμή από τους κατασκευαστές – η Mercedes-Benz παρέλαβε προσφάτως τη δεύτερη «φουρνιά» μπαταριών προκειμένου να τις δοκιμάσει στα αυτοκίνητά της –, έχει ανακοινώσει ότι επεξεργάζεται και εξελίσσει εκ παραλλήλου ήδη μια ενδιάμεση λύση συσσωρευτή την οποία αποκαλεί μπαταρία ημίξηρου ή υβριδικού ηλεκτρολύτη.

Απλουστευτικά, ο παραδοσιακός υγρός ηλεκτρολύτης των σύγχρονων μπαταριών αντικαθίσταται από μια ημίρρευστη ουσία που διαχέεται σε ξηρού τύπου ηλεκτρολύτη και συνδυάζεται με ανόδιο λιθίου μετάλλου, εξασφαλίζοντας τα περισσότερα πλεονεκτήματα μιας μπαταρίες ξηρού ηλεκτρολύτη, αλλά κυρίως την εξαιρετικά κρίσιμη πλήρη συμβατότητα με τις σύγχρονες μεθόδους παραγωγής μπαταριών ιόντων λιθίου.

Κατά την κατασκευάστρια εταιρεία οι μπαταρίες υβριδικού ηλεκτρολύτη θα μπορούσαν κάλλιστα να παραχθούν στις ήδη υφιστάμενες γραμμές παραγωγής συστοιχιών ιόντων λιθίου με ελάχιστες αλλαγές.

Η Factorial έχει ήδη ανακοινώσει ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία θα είναι έτοιμη για δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες μέσα στα αμέσως επόμενα χρόνια, σενάριο που αν ευοδωθεί, προοιωνίζεται ιδιαίτερα σημαντικές εξελίξεις για το μέλλον της ηλεκτροκίνησης, για τους κατασκευαστές «της» αλλά και όσους τη θεωρούν ως ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για τη διάσωση του πλανήτη.

Βέβαια, όπως σε κάθε νέα τεχνολογία, και όπως συνέβη και με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, θα πρέπει να υπάρξει ένα διάστημα «προσαρμογής» προκειμένου μια μεγάλη κλίμακα παραγωγής να καταφέρει να μειώσει το κόστος της.

Σε κάθε περίπτωση, με δεδομένο το ιδιαίτερα ζωηρό ενδιαφέρον της βιομηχανίας και όλων των εμπλεκόμενων φορέων, το μόνο ίσως που θα πρέπει να καθοριστεί είναι το πότε ακριβώς θα ανοίξει η αυλαία για την τρίτη πράξη.