דילוג לתוכן המרכזי בעמוד

מדריך: הסוללות במכונית החשמלית

Getting your Trinity Audio player ready...

תחשבו רגע על מה אנחנו מדברים. במכוניות שאנחנו רגילים לנהוג בהן, מדברים על המנוע. זה נכון שיש לא מעט מהנדסים שעובדים על איכות הדלק וסוג הדלק, אבל המנוע זה הסיפור. במכוניות חשמליות המנוע חשוב, אבל כרגע הוא הרבה פחות מעניין; במכוניות חשמליות מדברים דווקא על מיכל הדלק ועל הדלק. כלומר, על הסוללות.

על קצה המזלג, מה זו סוללה? 

קל להסביר מה זה מיכל דלק: מיכל, עם דלק… סוללה היא לא מיכל סטנדרטי עם מילוי שממלאים כשהוא מתרוקן. סוללה מחולקת לתאים, או "חצאי תאים" של אלקטרודות, והיא מכילה חומרים כימיים. הסוללה כוללת חצי-תא שלילי וחצי-תא חיובי. השלילי מפוצץ באלקטרונים, שהמטען שלהם שלילי ("חצי-תא שלילי"), שנוצרים מריאקציה כימית. החצי-תא השני חיובי, ואין בו אלקטרונים.

רכב חשמלי.jpg" alt="סוללה רכב חשמלי" width="520" height="346" title="סוללה רכב חשמלי" />

החיבור בין חצאי התאים האלה הוא זה שמייצר זרימה של אנרגיה, ואתם יודעים איך קוראים לה? ניחשתם נכון: "חשמל". כל עוד יש זרימה, יש חשמל. כשנגמרת הזרימה הזו, הסוללה גמורה. ומה מיוחד בסוללה נטענת? שבה אפשר לשחזר את מצב שני חצאי התאים האלה, ולהתחיל את התהליך (כמעט) מחדש.

מכוניות בכלל ומכוניות חשמליות בפרט, משתמשות, לפחות כרגע, רק בסוללות נטענות. בעולם הרכב משתמשים כיום בעיקר בשלושה סוגי סוללות: עופרת חומצה, ניקל-מטאל היידריד וסוללת הזהב, כרגע - ליתיום יון.

סוללת עופרת-חומצה - Lead-Acid

הסוללה הנפוצה ביותר בעולם הרכב ב-160 השנים האחרונות היא סוללת העופרת-חומצה. העופרת הוא החומר שממנו עשויות האלקטרודות והחומצה זו התערובת הכימית שמייצרת את האלקטרונים. השיטה הזו פותחה כבר באמצע המאה ה-19 ונקלטה מהר. היא יכלה להכיל כמות מכובדת של חשמל, יחסית לתקופה, ולא היה מסובך מדי לאתר את החומרים ולייצר אותה. 

סוללת עופרת-חומצה

סוללת העופרת-חומצה נקלטה הן במכוניות החשמליות של המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20 והן כסוללת ההתנעה במכוניות הבעירה הפנימית, שמרגע המצאת הסטארטר החשמלי הלכו וויתרו על המנואלה ונדרשו לסוללת התנעה. גם כיום ממשיכים רוב רכבי העולם הלא-חשמליים להשתמש בסוללה הזו.

יתרונות: יש כיום נסיון רב מאוד בפיתוח הסוללות, בייצור ובטיפול בהן. הן נפוצות וזמינות וקל מאוד לייצר אותן. מחירן נמוך יחסית לתכולה והן שומרות על הטעינה שלהן טוב יותר מכמעט כל סוג סוללה אחר.

חסרונות: לסוללות הללו יש נטייה לשחרר גזים מסוכנים. אין בכך סכנה גדולה בשימוש יומיומי, אבל העניין הזה מכביד מאוד על אפשרות המיחזור שלהן. עם זאת, נראה כי בשימוש היומיומי עשויה להיות סכנה אחרת, של התפוצצות בשל עודף טעינה. נוסף על כך, הן כבדות ותכולת האנרגיה-לנפח שלהן קטנה יחסית לסוללות אחרות כיום. גם משך הטעינה שלהם גדול משמעותית מכפי שמקובל בסוללות מודרניות יותר, דבר שמפריע פחות כגיבוי למתנע ויותר לרכב חשמלי. כמו כן, אסור לרוקן אותן לגמרי.

סוללת ניקל מטאל היידריד - (Nickel Metal Hydride (NiMH

עם הבעיות הגדולות של סוללות העופרת-חומצה, תכולת האנרגיה המצומצמת והרעילות שמכבידה על אפשרויות המיחזור והטיפול, הצליחו להתמודד בשליש האחרון של המאה הקודמת, עד שבשנות השמונים פותחה לכדי ייצור מסחרי סוללה מסוג אחר: ניקל מטאל היידריד. את פיתוח הסוללות הללו מימנו בין היתר יצרני רכב גרמניים, במטרה למצוא חלופה טובה יותר לסוללה הוותיקה. 

סוללה טויוטה פריוס

האלקטרודות בניקל מטאל היידריד עשויות ניקל ותערובת מתכות, דבר שהכביד תחילה על יציבות החומרים הכימיים במערכת. עם זאת, מראשיתה הבטיחה הסוללה הזו - וקיימה, יתרונות משמעותיים על פני סוללת העופרת-חומצה: תכולת האנרגיה בה היתה גבוהה מאוד, גם יחסית למשקל, והחומרים בתוכה לא היוו את הסיכונים ההם, דבר שמקל מאוד הן את ההתעסקות בסוללה והן את המיחזור שלה. לפי הערכות של מומחים, מגבלות כימיות אינן מאפשרות לסוללות הללו התפתחות רבה מדי, ונראה כי הליתיום יילך ויחליף את ה-NiMH.

בעולם הרכב, סוללת הניקל מטאל-היידריד מוכרת בעיקר מטויוטה. מרבית כלי הרכב ההיברידיים של טויוטה אוגרים את החשמל שלהם בטכנולוגיית הסוללות הזו. עם זאת, כשצריך להצטמצם יותר במקום, גם בטויוטה משתמשים בליתיום-יון (ע"ע). כך, למשל, כל דורות טויוטה פריוס התבססו על NiMH, אבל גרסאות שבעת המושבים והנטענות פעלו בטכנולוגיית ליתיום-יון.

יתרונות: ניתנת לפריקה מלאה, ריכוז אנרגיה גבוה לנפח, מספר מחזורי טעינה גדול יחסית לעופרת-חומצה, ידידותית לסביבה במיעוט חומרים רעילים וביכולת מיחזור פשוטה, זולה יחסית לליתיום.

חסרונות: פריקה עצמית גבוהה, מספר מוגבל של מחזורי טעינה יחסית לליתיום, אקלים חם פוגע משמעותית ביעילות הסוללה, גדולה ומסורבלת לאחסון יחסית לליתיום-יון.


סוללת ליתיום-יון - (Lithium-ion (Li-ion

נראה כרגע שמה שעולם המכוניות החשמליות חיכה לו הן סוללות הליתיום יון. אלו נכנסו לשימוש כבר לפני כמעט 30 שנה, אם כי פיתוחן החל עוד בראשית המאה ההיא. רבים רואים בסוללות הללו את אחת מאבני הדרך שביססו את העידן הדיגיטלי שבו אנחנו חיים. זאת בכך שהן מספיק קטנות ומרוכזות להעניק כמות מכובדת של אנרגיה חשמלית למכשירים קטנים. כמעט כל טלפון חכם או מחשב נייד כיום מצוידים בסוללה הזו.

סוללה וולוו

בעולם הרכב, סוללת הליתיום יון מאפשרת גמישות רבה מאוד בהתאמתה למבנה של מכונית. היא קטנה וקלה ביחס לקודמותיה, והאופי הזה מקל מאוד על מהנדסי מכוניות לפתח מרכבים יעילים ובטיחותיים, בלי לוותר על טווח נסיעה גדול, לפחות יחסית לבשלות הטכנולוגיה כיום. מכוניות חשמליות לגמרי משתמשות, לרוב, בסוללות הללו. למשל, כל דגמי טסלה מבוססים על סוללות ליתיום יון. מחירן, שצונח משנה לשנה, עושה אותן נגישות יותר ויותר לרוכשי המכוניות.

יתרונות: קטנה וגמישה מאוד בהתאמה לשימוש, תכולת אנרגיה גבוהה מאוד ביחס לנפח ולמשקל, מספקת מתח גבוה הרבה יותר מה-NiMH, כמעט לא דורשת תחזוקה, מספר גדול של מחזורי טעינה.

חסרונות: מבוססת על חומרים נדירים ובהיצע מוגבל, דבר שעשוי להביא למעין תקרת זכוכית בשימוש בה (כיום ישנו מירוץ פיתוח בחיפוש אחר חומרים חלופיים), טובה ביחס לנפוצות האחרות, אבל אולי עוד לא מספיקה לשימושים עתידיים (סמארטפון צריך יותר מיום-יומיים של עבודה ומכונית חשמלית צריכה טווח של יותר ממאות בודדות של קילומטרים). בטיחותית פחות מ-NiMH ועשויה להתלקח בתנאים מסוימים.

רכב חשמלי

 

ומה הלאה? סוללת מצב מוצק ושות'

גם הסוללות הכי טובות כיום עדיין מגבילות מאוד את השימוש במכשירים השונים. מכוניות חשמליות נוסעות לטווח מצומצם יחסית, מטוסים חשמליים גדולים הם, לרוב, עדיין בגדר חלום וסמארטפונים עדיין צריכים טעינה בסוף היום. מומחי החשמל פועלים מסביב לשעון כדי למצוא את הטכנולוגיה הבאה שתשחרר חסמים בתחום הזה, ובדרך תהפוך אותם לעשירים. רוב הרעיונות נראים עדיין רחוקים ממיצוי, אבל טכנולוגיה אחת עשויה בכל זאת להביא לשינוי משמעותי. קוראים לה "סוללת מצב מוצק".

פיתוח סוללת מצב מוצק נובעת מהרצון להוציא מהמשוואה את הנוזלים שנמצאים בסוללות כיום. הנוזלים פוגעים ביציבות הפעולה, בתכולת הסוללה וגם גוזלים הרבה יותר זמן בטעינה ובפריקה. כיום נעשים מאמצים למצוא דרכים ליצור את הדינמיקה החשמלית בתוך חומרים מוצקים שונים, וההערכה היא כי בכך יושגו כמה יתרונות: מנעד טמפרטורות גדול מאוד - יעילות אפילו מעל 100 מעלות, למשל. טעינה או פריקה מלאה של הסוללות האלה יוכלו להתבצע תוך דקות ספורות ומעל לכל, הן יהיו יותר יציבות ובטוחות. גופים מסחריים גדולים מאוד ובהם טויוטה הביעו עניין בסוללות האלה.

גראפין

טכנולוגיות נוספות נמצאות בשלבים פחות בשלים, אך אולי נפגוש אותם בעתיד הלא-רחוק. בין הטכנולוגיות - סוללת גרפין שמבטיחה קצב טעינה ופריקה מהירים פי 30 ויותר מליתיום, ובכך תאפשר להשיג טווח נסיעה של 800 קילומטרים בדקות בודדות של טעינה. סוללת אלומיניום-אוויר היא פיתוח ישראלי שמייצר חימצון של לוחות אלומיניום בתוך נוזל. מכניסים מים והחימצון יוצר את החשמל, כך שכל שצריך בשביל לנסוע הוא למלא מים, אם כי צריך להחליף את הלוחות בקצב מסוים. ויש גם סוללת שתן, בפיתוח של קרן ביל גייטס, שמנסה למקסם את הפעילות הביולוגית בשתן ולהפוך אותה לחשמל.

למאמר זה התפרסמו 2 תגובות

יעוץ מקצועי חינם לפני קניית רכב
  • צור קשר בוואטסאפ
  • התקשר אלינו

הוספת תגובה

תגובות

תגובות לכתבה

חזור למעלה