Νωρίτερα φέτος, μια σχετικά άγνωστη startup από τη Φινλανδία έκανε μια εκπληκτική ανακοίνωση: Είχε επιτέλους λύσει το πρόβλημα των μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Όχι μόνο αυτό, αλλά η Donut Lab, θυγατρική της Verge Motorcycles, είπε ότι η μπαταρία στερεάς κατάστασης – που εδώ και πολύ καιρό θεωρείται το “ιερό δισκοπότηρο των μπαταριών” για τις υψηλής πυκνότητας, ανθεκτικές, δυνατότητες γρήγορης φόρτισης – θα τεθεί σε παραγωγή αργότερα φέτος.
Οι ειδικοί στις μπαταρίες ήταν κατανοητά δύσπιστοι. Εξάλλου, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι μία από αυτές τις τεχνολογίες, μαζί με την τεχνητή γενική νοημοσύνη και το hyperloop, που φαίνονται πάντα μερικά χρόνια μακριά. Ενώ οι περισσότερες νόμιμες προσπάθειες σε αυτόν τον τομέα –είτε ακαδημαϊκοί είτε εμπορικοί– έχουν κάποιο επίπεδο δημοσιευμένης έρευνας ή γνωστά ονόματα, το Donut Lab φαίνεται να εμφανίστηκε από το πουθενά, χωρίς γνωστούς ερευνητές ή προηγούμενη παρουσία στο πεδίο. Αυτή η έλλειψη ιχνηλασιμότητας προκάλεσε αμέσως ανησυχίες για την αξιοπιστία της startup.
«Δεν μπορώ να πω ότι δεν έχουν», είπε ο Eric Waxman, διευθυντής του Ινστιτούτου Ενεργειακής Καινοτομίας του Μέριλαντ και ειδικός σε μπαταρίες στερεάς κατάστασης και κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου. «Το μόνο που μπορώ να πω είναι ότι δεν έχουν αποδείξει ότι το έκαναν».
Αυτές οι αμφιβολίες φαίνονται δικαιολογημένες, ειδικά αν σκεφτεί κανείς πόσοι άλλοι κυνηγούσαν το όνειρο μιας στέρεης πολιτείας. Πιστεύαμε πραγματικά ότι αυτή η μυστηριώδης startup είχε κερδίσει την Toyota, τον Stellantis και ολόκληρο το έθνος της Κίνας; Οι πιθανότητες ήταν εναντίον της.
Το Donut Lab φαίνεται να είχε προβλέψει αυτόν τον σκεπτικισμό, λανσάροντας έναν ιστότοπο τον Φεβρουάριο με το όνομα idonut Believe.com που θα χρησιμεύσει ως πλατφόρμα για τη δημοσίευση ανεξάρτητων δοκιμών που θα επαληθεύουν ότι η μπαταρία στερεάς κατάστασης είναι πραγματική και εκπληκτική. Κατά τη διάρκεια αρκετών εβδομάδων, η startup δημοσίευσε αποτελέσματα τρίτων από το κρατικό Τεχνικό Ερευνητικό Κέντρο VTT της Φινλανδίας, το οποίο είπε ότι απέδειξε ότι η μπαταρία της ήταν αυτό που έλεγε: μια μπαταρία στερεάς κατάστασης γρήγορης φόρτισης, υψηλής πυκνότητας ενέργειας που δεν ήταν στην πραγματικότητα ένας μεταμφιεσμένος υπερπυκνωτής.
«Η αντίσταση δεν θα εξαφανιστεί όταν παρουσιάσουμε τα αποδεικτικά στοιχεία», είπε σε ένα βίντεο ο Marko Lehimäki, Διευθύνων Σύμβουλος και συνιδρυτής του Donut Lab. «Θα ενταθεί καθώς αυτή η νέα τεχνολογία αποτελεί απειλή για τους καθιερωμένους παίκτες στον κλάδο».
Αλλά το Donut Lab εξακολουθεί να ρίχνει τη μπάλα σε ορισμένες βασικές πληροφορίες. Στην CES τον περασμένο Ιανουάριο, η startup είπε ότι η μπαταρία στερεάς κατάστασης είχε ενεργειακή πυκνότητα 400 watt-hours ανά κιλό, σχεδόν διπλάσια από αυτή των τυπικών μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) που παράγονται. Όχι μόνο αυτό, μπορεί να φορτιστεί πλήρως σε πέντε λεπτά, έχει πρακτικά απεριόριστη διάρκεια ζωής 100.000 κύκλων φόρτισης, δεν επηρεάζεται από τη ζέστη και το κρύο (αρνητικό 30°C και 100°C) και δεν περιέχει στοιχεία σπάνιων γαιών, πολύτιμα μέταλλα ή εύφλεκτους υγρούς ηλεκτρολύτες.
Πολλά από αυτά παραμένουν αναπόδεικτα. Ακόμη και μετά τη δημοσίευση πέντε ανεξάρτητων αναφορών δοκιμών από το VTT, η startup δεν έχει ακόμη επιδείξει τρεις από τις πιο σημαντικές μετρήσεις: χημεία, πυκνότητα και διάρκεια ζωής.
Οι κίνδυνοι είναι απίστευτα υψηλοί. Φανταστείτε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που θα μπορούσε να ταξιδέψει 700-800 μίλια με μία μόνο φόρτιση και δεν είχε κανέναν κίνδυνο να πιάσει φωτιά λόγω της αντικατάστασης των εύφλεκτων ηλεκτρολυτών με ένα στερεό υλικό.
Στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, η κίνηση των υγρών ηλεκτρολυτών παράγει θερμότητα και σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό μπορεί να μετατραπεί σε ένα «θερμικό φαινόμενο διαφυγής» που οδηγεί σε πυρκαγιά. Συγκριτικά, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης θα κάνουν πιο ασφαλές τη γρήγορη άντληση ενέργειας από την μπαταρία (ή την προσθήκη της ξανά σε αυτήν), πράγμα που σημαίνει ότι θεωρητικά μπορείτε να φορτίζετε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο πιο γρήγορα. Θα μπορούσε επίσης να σημαίνει, δομικά, ότι θα έπρεπε να αφιερωθεί λιγότερος χώρος στον έλεγχο της θερμοκρασίας, κάτι που θα μπορούσε να επιτρέψει στις εταιρείες να συμπιέσουν περισσότερα στοιχεία μπαταρίας στον ίδιο όγκο.
Αφού εξέτασε τις δοκιμές μπαταρίας ντόνατ, ο Waxman είπε ότι εξακολουθούν να υπάρχουν μεγάλες ανησυχίες. Κατά τη διάρκεια δοκιμών ακραίας θερμότητας, για παράδειγμα, η σακούλα που περιβάλλει την μπαταρία ντόνατ έχασε τη σφράγισή της υπό κενό. Η παραγωγή αερίου μέσα στις μπαταρίες — που προκύπτει από διεργασίες όπως η αποσύνθεση ηλεκτρολυτών ή η απελευθέρωση οξυγόνου — μπορεί να προκαλέσει διόγκωση και ρήξη της θήκης της μπαταρίας. Αλλά χωρίς να γνωρίζουμε την ακριβή χημεία του κυττάρου, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί πόσο σημαντικό είναι να δυσλειτουργεί μια μπαταρία ντόνατ.
Αφήνοντας την μπαταρία ντόνατ στην άκρη για μια στιγμή, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης δυσκολεύονται να φτάσουν από το εργαστήριο στη γραμμή συναρμολόγησης λόγω καλά τεκμηριωμένων προβλημάτων. Αυτές οι μπαταρίες συχνά υποφέρουν από το σχηματισμό μεταλλικών ρωγμών που ονομάζονται δενδρίτες και προκαλούν βραχυκυκλώματα. Σκεφτείτε τα σαν τις ρωγμές που σχηματίζονται στο πεζοδρόμιο όταν μια ρίζα δέντρου μεγαλώνει από κάτω.
Οι δενδρίτες είναι ένα αγκάθι στο πλευρό των προγραμματιστών μπαταριών από τη δεκαετία του 1970. Ένας λόγος που οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν γίνει τόσο πανταχού παρούσες, ενώ άλλες μέθοδοι έχουν σταματήσει, είναι ότι οι κοινώς χρησιμοποιούμενες άνοδοι γραφίτη είναι λιγότερο επιρρεπείς στο σχηματισμό δενδρίτη.
Αλλά οι νέες ανακαλύψεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους μηχανικούς να ξεπεράσουν τελικά αυτά τα εμπόδια. Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης δημοσίευσε πρόσφατα μια μελέτη στο φύση Διαπίστωσε ότι οι χημικές αντιδράσεις που προκαλούνται από υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα που αποδυναμώνουν τον ηλεκτρολύτη τον καθιστούν επίσης πιο ευαίσθητο στην ανάπτυξη δενδριτών. Για το λόγο αυτό, η ανάπτυξη ισχυρότερων ηλεκτρολυτών από μόνη της δεν έχει λύσει το πρόβλημα των δενδριτών εδώ και δεκαετίες. Αυτό θα μπορούσε να υποδεικνύει τη σημασία της ανάπτυξης πιο χημικά σταθερών υλικών για να εκπληρωθεί τελικά η υπόσχεση για μπαταρίες στερεάς κατάστασης.
Έχει ήδη σημειωθεί πρόοδος – πού αλλού; — Στην Κίνα. Τον περασμένο μήνα, η CATL, η οποία ελέγχει σχεδόν το 40 τοις εκατό της παγκόσμιας αγοράς μπαταριών, κατέθεσε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μπαταρίες στερεάς κατάστασης με ενεργειακή πυκνότητα 500 watt/h. σύμφωνα με Νέα κινεζικά αυτοκίνηταο κατασκευαστής μπαταριών σχεδιάζει ήδη παραγωγή μικρής κλίμακας το 2027. Αλλά οι κυψέλες για αυτοκίνητα πιθανότατα δεν θα είναι έτοιμα μέχρι το τέλος της δεκαετίας.
Άλλες κινεζικές εταιρείες επιταχύνονται μπροστά. Η αυτοκινητοβιομηχανία FAW είπε πρόσφατα ότι η κυψέλη μαγγανίου, πλούσια σε λίθιο, 500 Wh/kg υγρής στερεάς κατάστασης είναι έτοιμη για ενσωμάτωση σε οχήματα.
Η Κίνα ήδη θέτει τις βάσεις για μαζική παραγωγή μέχρι το τέλος της δεκαετίας και μέχρι εκείνο το σημείο ελπίζει ότι η τεχνολογία θα είναι ώριμη. Γιατί όχι; Αυτή η χώρα έχει λάβει σοβαρά υπόψη την ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων και μπαταριών εδώ και χρόνια, επιτρέποντάς της να μονοπωλήσει την αγορά σε μεγάλο μέρος της παγκόσμιας προσφοράς.
Διαφορετικές εταιρείες ακολουθούν διαφορετικές προσεγγίσεις. Για παράδειγμα, η Honda δεσμεύεται να παράγει ηλεκτρολύτες με βάση το θείο παρά τις αναδυόμενες εναλλακτικές λύσεις. Τον περασμένο Οκτώβριο, η Toyota ανακοίνωσε την “πρώτη πρακτική στον κόσμο χρήση μπαταριών σε ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία” έως το 2027 ή το 2028. Η Mercedes, χρησιμοποιώντας ένα πρωτότυπο μπαταρίας από το Startup Factorial, κατάφερε να αποκτήσει ένα ηλεκτρικό σεντάν EQS με πραγματική αυτονομία 749 μιλίων.
«Οι εταιρείες πιθανότατα έχουν δρόμο μπροστά τους», δήλωσε η Alevtina Smirnova, διευθύντρια του Συνεργατικού Κέντρου Ερευνών για την Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας Στερεάς Κατάστασης στο NSF Industrial University. «Επειδή δεν υπάρχει σύγκριση μεταξύ αυτού που συμβαίνει τώρα στην Κίνα και αυτού που συμβαίνει εδώ στις Ηνωμένες Πολιτείες».
Από την πλευρά της, η Donut Lab δεν ανησυχεί για τις αμφιβολίες γύρω από τους ισχυρισμούς της. Την 1η Απριλίου, η Lehtimäki δημοσίευσε ένα νέο βίντεο που αναφέρεται σε ορισμένες από τις διαμάχες σχετικά με τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης. Αποκάλυψε επίσης ότι η Donut Lab δημιούργησε μια δεύτερη, πιο έτοιμη για παραγωγή έκδοση της μπαταρίας της που θα αρχίσει να αποστέλλεται στους πελάτες αργότερα μέσα στο έτος.
Υπήρξε μια κρίσιμη παραδοχή: η πολυσυζητημένη εικόνα των «100.000 κύκλων» ήταν στόχος σχεδιασμού, όχι πειραματικά επαληθευμένο αποτέλεσμα. Οι πραγματικές δοκιμές διεξήχθησαν σε μικρότερους κύκλους, με παρεκβολή προσδοκιών με βάση γνωστές μεταβλητές όπως ο ρυθμός φόρτισης, η θερμοκρασία και οι συνθήκες χρήσης.
Στη συνέχεια στράφηκε σε ένα βραχυπρόθεσμο έργο: την τελευταία σταγόνα εμπορευμάτων Donut Lab, συμπεριλαμβανομένου ενός καπέλου με κουβά καλυμμένο με φύλλο αλουμινίου.
Σύνδεσμος πηγής: www.theverge.com