חשיבה לטווח ארוך

שוק הרכב החשמלי כובש נתחים במהירות מסחררת ובצדק, ולכן זה זמן טוב לעשות רגע סדר בטכנולוגיות השונות של הרכיב החשוב ביותר – הסוללה. איזה טובה יותר? מהי סוללת מוצק? היתרונות והחסרונות של כל טכנולוגיה, כל התשובות ממש כאן 👇

אחד הפחדים הגדולים שיש כיום למתעניינים במעבר לרכב חשמלי, הוא שבעתיד הלא רחוק הסוללה תיחשב למיושנת בהשוואה לסוללות שיותקנו ברכבים החדשים שעתידים לצאת לשוק כשנה או שנתיים לאחר הרכישה. ויש בזה המון היגיון. בגלל שבשנים האחרונות הביקוש העולמי לרכבים חשמליים גדל בקצב מסחרר, מיליארדים רבים של דולרים מושקעים במחקר ופיתוח של סוללות לתחבורה חשמלית, וככל שהניסיון של יצרני הרכב הולך וגדל (בעזרת כמות הרכבים החשמליים ההולכת וגדלה והמידע שנאסף מהם), קצב הפיתוח והשיפור בכל הקשור לטכנולוגית הסוללות מתקדם גם הוא בקצב מהיר.

הטכנולוגיות השונות של סוללות נבדלות זו מזו לפי הפרמטרים הבאים:

• דחיסות אנרגיה (היחס בין משקל הסוללה לכמות האנרגיה שהיא יכולה להחזיק)
• עלויות יצור ורמת הזמינות של החומרים שעושים בהם שימוש
• אורך חיי הסוללה ורגישויות ועמידות לחום (קצב הבלאי וכמות ה"סייקלים" שהסוללה יכולה להטען)
• רמת הסיכון לפיצוץ או התלקחות של הסוללה

קודם כל, בואו נבין בקצרה איך עובדת סוללה נטענת

הטכנולוגיות השונות של סוללות לרכבים חשמליים מאוד דומות האחת לשניה ומה שמשתנה בין הטכנולוגיות הוא החומרים שבתוך תאי הסוללה. סוללת רכב חשמלי מורכבת ממספר חלקים והמרכיב העיקרי (בכל סוללות הרכב) שנותן לה את יכולות האגירה והפקירה של האנרגיה נקראת ליתיום, שהיא גם המתכת הקלה ביותר שקיימת בטבע. לסוללה שני חלקים שלילי (שנקרא – ANODE) וחיובי (שנקרא – CATHODE) וביניהן יש חומר מבודד. נשמע לכם מוכר? לא במקרה.
בזמן העברת זרם חשמלי לתוך הסוללה (טעינה) עובר מטען חיובי בצד החיובי של הסוללה לצד השלילי. הדבר מייצר חוסר איזון בין הצדדים וזאת בעצם האנרגיה שנטענת לסוללה. כמו כל חוסר איזון בטבע גם חוסר האיזון הזה מנסה לחזור לאיזון וזאת בעצם פריקת הסוללה ובמקרה של רכב חשמלי, הפעלת המנוע החשמלי. בזמן פריקה נסגר מעגל בין שני צדדי הסוללה למנוע החשמלי מה שגורם בסופו של דבר למעבר של מטען שלילי חזרה מהצד השלילי של הסוללה לצד החיובי.

הסבר יותר מדעי אבל גם מובן וידידותי נמצא כאן בקישור.

הסבר ויזואלי על חלקי הסוללה השונים ועל כיווני מעבר האלקטרונים ביניהם בפריקה ובטעינה (החיובי והשלילי והאלקטרוליט שהם נמצאים בתוכו):

ברכבים 100% חשמליים ניתן למצוא כיום בעיקר שני סוגי סוללות העושות שימוש באלקטרוליט בתצורה של נוזל או סוג של פולימר. המידע הזה חשוב כי בהמשך נדבר על סוללות העושות שימוש באלקטרוליט מוצק.

סוללות NCM (N – Nickel, C – Cobalt, M – Manganese and A – aluminum)
נכון להיום במרבית הרכבים ה-100% חשמליים שנוסעים בכבישי ישראל, עדיין נמצאות סוללות NMC המשתמשות בשילוב של ניקל וקובלט. הן ידועות לפעמים בתור סוללות ליתיום מנגן קובלט אוקסיד. לסוללות NMC יש אנרגיה או הספק ספציפיים גבוהים ודחיסות אנרגטית גבוהה (יחס בין משקל הסוללה לכמות האנרגיה שהיא יכולה לאגור). מצד שני היא רגישה יותר מהסוללות האחרות לחום ומסיבה זאת נחשבת לבעלת בלאי גבוה יותר וליותר חוסר יציבות (אם זאת חשוב לציין שהיא עדיין מציגה אמינות גבוהה ומציידת את מרבית הרכבים החשמליים שעלו עד היום על הכבישים).

סוללות LFP (Lithium Iron Phosphate)
בימים אלו ממש, סוללות בטכנולוגיה הזאת הופכות להיות נפוצות יותר ברכבים חשמליים, בגלל מספר יתרונות שהן מציגות על פני סוללות NCM:
1. הן עושות שימוש בחומרים הרבה פחות נדירים שניתנים למחזור בקלות רבה יותר.
2. הן משמעותית פחות רגישות לטמפרטורות קיצון (גבוהות או נמוכות במיוחד) ולכן הבלאי שלהן איטי הרבה יותר (מה שגם מאפשר להן להיטען במהירויות גדולות יותר),
3. בעלות חיים הרבה יותר ארוכים (מספר "סייקלים" גדול יותר משל הסוללות NCM),
4. אין להן בעיה להיטען תמיד לטעינה מלאה (100%) והדבר לא משפיע (לפחות ע"פ דברי היצרנים) על אורך חיי הסוללה כמו בסוללת NCM.
5. והכי חשוב: הסיכוי שלהן לכשל שיוביל לפיצוץ או שריפה קטן משמעותית, מה שהופך אותן להרבה יותר בטוחות לשימוש.
ואם זה לא מספיק, אז גם עלות הייצור של סוללות LFP זולה משמעותית מהחלופות האחרות.

אז אחרי רשימת היתרונות הארוכה, אתם בטח תוהים למה אין נעשה שימוש גדול יותר בסוללות מהסוג הזה?
החדשות הטובות הן שקרוב לוודאי שמרבית היצרנים יעברו לטכנולוגיה הזאת, בדיוק בשל רשימת היתרונות הארוכה.
חברת BYD עם סוללת ה-Blade שבה משתמשים היום במרבית הרכבים של החברה.
חברת FORD פרסמה לפני מספר חודשים שתקים מפעל בעלות של 3.5 מיליארד דולר בשיתוף עם ענק הסוללות CATL, כדי ליצור סוללות LFP שתוך זמן קצר יחליפו את הסוללות של דגמי המוסטנג מאך אי וה-150-F לייטנינג החשמליים של החברה.
TESLA – כל דגמי טסלה שמיוצרים בסין כבר מצוידים בסוללות LFP.

ובכל זאת מה החיסרון של סוללות LFP?

לסוללות LFP דחיסות אנרגטית נמוכה יותר מזו שיש לסוללות NCM, כלומר על מנת לבנות סוללה בעלת אותה קיבולת אנרגטית היא חייבת להיות כבדה יותר מהחלופה האחרת, ואנחנו כבר יודעים שברכב חשמלי כל גרם קובע ומשפיע בצורה ישירה על טווח הנסיעה. לדוגמה, טסלה מודל 3 המצוידת בסוללת LFP (מיוצרת בסין) שוקלת כ-120 ק"ג יותר מרכב זהה עם סוללת NCM באותו הספק.

סוללות SSD – Solid-State Battery
הדבר שמייחד כל כך סוללת SSD כלומר ההבדל העיקרי הוא שכאן נעשה שימוש באלקטרוליט מוצק ולא נוזל או פולימר. ונעשה שימוש במספר חומרים שונים אבל עדיין המרכיב הפעיל הוא ליתיום, מלבד זה, המבנה הפנימי של הסוללה זהה כמעט לחלוטין לשתי הטכנולוגיות הקודמות.
השימוש באלקטרוליט מוצק הוצג כבר במאה ה-19, אבל בשל אתגרים רבים לא זכה לקידום טכנולוגי.

כיום, בגלל הפוטנציאל של הטכנולוגיה והצורך ההולך וגובר בסוללות קלות משקל עם צפיפות אנרגטית גבוהה ובעלות חיים ארוכים במיוחד, ההשקעה במחקר ופיתוח בטכנולוגיה הזאת תופסת תאוצה. אגב, טויוטה כבר הכריזה שב-2025 היא תשתמש בטכנולוגיה בייצור סדרתי, תחילה בדגמים היברידיים של המותג.

היתרונות של סוללת SSD
היתרון החשוב ביותר הוא דחיסות אנרגטית כמעט כפולה מהחלופות: סוללות קטנות יותר פיזית, קלות יותר ועם הרבה יותר אנרגיה. Win Win Win. גם הרגישות לטמפרטורות גבוהות הופחתה בצורה משמעותית ואיתה הקטנת הסיכון לשריפה או פיצוץ, לצד יכולת טעינה מהירה יותר. גם מספר ה"סייקלים" הוא כמעט כפול מזה של סוללות בטכנולוגיות אחרות עם בלאי נמוך משמעותית.

מותג הרכבים החשמליים הסיני Nio הודיע בתחילת ינואר 2021 שהוא יתחיל לייצר רכבים חשמליים עם סוללות מוצק בקיבולת של 150 קוט״ש, אך עד עכשיו לא החל השיווק של הדגמים הללו. לאחרונה צצו פרסומים חדשים שבקרוב מאוד תשדרג החברה סוללות של מספר דגמים למה שהם קוראים "חצי מוצק".

בסוף ינואר 2022 פורסם בסין שחברת הרכב הענקית – Dongfeng סיפקה 50 רכבים ראשונים בעלי סוללות SSD לניסוי אך מאז לא נמסרו יותר מדי פרטים על הצלחת הניסוי.

לסיכום, נכון להיום הטכנולוגיה של סוללות SSD עדיין לא בשלה לחדירה המונית לשוק הרכבים החשמליים ונמצאת בשלבי מחקר ופיתוח מתקדמים. יחד עם זאת, בהתחשב בכמות המיליארדים שמושקעים כיום בטכנולוגיה הזאת, אני מאמין שלא רחוק היום שבו דווקא הטכנולוגיה הזאת תניע את מרבית הרכבים החשמליים (BEV) מבוססי הסוללה שיסעו בכבישים.

דותן שחף עובד בשוק הרכב בישראל ובחו״ל מאז 2003. כיהן במספר תפקידי ניהול בכירים בשוק הרכב, ניהל את מערך המכירות של יונדאי ישראל בחברת כלמוביל שם בין היתר היה אחראי להשקתם של הקונה EV והאיוניק 5 בישראל. הוא בעל תואר שני במנהל עסקים מאוניברסיטת הטכניון של מינכן גרמניה, שם עבד בחברת הטכנולוגיה הגדולה באירופה, ATOS, בהחדרת טכנולוגיות חדישות בתחומי Connected Car & Autonomous Driving ליצרני הרכב הגדולים ביותר באירופה. בעל ניסיון וידע רב בעולם הרכבים החשמליים, טעינה ואגירת אנרגיה ומעורב במספר סטארט אפים בתחום.

סעו בזהירות!