נהיגת "עצור וסע" ברכב חשמלי בעולם האמיתי מתאימה לטכנולוגיה הנוכחית של סוללות חשמליות יותר מאשר האופן שבו הן נבחנו עד היום במעבדות. המשמעות: הסוללות בכלי הרכב החשמליים הקיימים כיום על הכבישים יחזיקו מעמד יותר זמן מכפי שחוקרים שיערו בעבר. כך עולה ממחקר משותף של מעבדת המאיץ הלאומית SLAC האמריקנית ושל אוניברסיטת סטנפורד.
המחקר, שכותרתו "נהיגה דינמית משפרת את אורך חיי הסוללה" (Dynamic cycling enhances battery lifetime), התמקד בעובדה שבשונה מאשר בתנאי מעבדה – בחיים האמיתיים רכב חשמלי נוסע נסיעות עירוניות קצרות או בתנועה כבדה, ולחילופין בנסיעות ארוכות על כבישים מהירים.
השורה התחתונה של המחקר היא בשורה טובה מאוד לבעלי רכב חשמלי: אם חשבנו שצריך להתחיל לדאוג לביצועי הסוללה עם תום תקופת האחריות במכוניות בנות 8 או יותר – אפשר להתחיל להירגע גם לגבי מכוניות בנות 10.5-11 שנים, ולמעשה גם הרבה יותר.
החישוב התיאורטי שממנו גוזרות יצרניות הסוללות ויצרניות הרכב את תקופת האחריות שהן מעניקות לסוללות ואת תנאי האחריות מבוסס על בדיקות מעבדה שבהן סוללות נטענות ונפרקות במתח וזרם קבועים במשך מאות ואלפי מחזורי טעינה-פריקה. בדיקות כאלה מבוצעות במהירות רבה, ויצרניות הסוללות משתדלות לנצל אותן כדי ללמוד כיצד לשפר את תוחלת החיים של התאים ותכונות חשובות נוספות.
אלא שהמחקר החדש – שפורסם בתחילת דצמבר במגזין המדעי Nature Energy, מצא שהשיטה הקיימת לא מתאימה לצורך חיזוי תוחלת החיים של סוללות ברכב חשמלי, ובמיוחד בכלי רכב שנעשה בהם שימוש יומיומי.
החוקרים מזכירים שהסוללה היא (עדיין) נקודת התורפה המשמעותית ביותר ברכב חשמלי, וזאת על-אף שהמחיר של סוללות צנח ב-15 השנים האחרונות ביותר מ-90%. גם כיום מהווה מחיר הסוללה כשליש ממחירו הכולל של הרכב, והחשש של משתמשים רבים הוא שהצורך להחליף סוללה ברכב משומש בן 10 עלול לשלוח אותו אל מגרש הגרוטאות.
ברשת נפוצים לא מעט "סיפורי אימה" על בעלי רכב שנדרשו להחליף סוללות במכוניות שעברו את תקופת האחריות בעלות של בין 5,000 ל-16,000 דולר בארה"ב – וזה סכום שאפשר לשלש כאשר מדובר במחירים המופקעים בישראל.
חברת Recurrent האמריקנית, שמנטרת את השימוש ברכב חשמלי של עשרות אלפי המנויים שלה, פרסמה נתונים לפיהם "חרדת החלפת סוללה" ברכב חשמלי מהווה את אחד החסמים מפני אימוץ רכב חשמלי, וזאת למרות שסוללות מחזיקות מעמד לפחות 12 שנים, בממוצע, בתלות באקלים ובאופי השימוש ברכב.
איך זה נבדק?
המחקר החדש נערך במכון מחקר הסוללות SLAC-Stanford, שהוא פרויקט משותף בין מכון Precourt לאנרגיה באוניברסיטת סטנפורד לבין מעבדת המאיץ הלאומית SLAC, ובמהלכו עקבו החוקרים בין השאר אחרי מדדי בריאות סוללה כמו כמות הליתיום בתאים ומצב ההתפרקות של אלקטרודות.
סימונה אונורי, חוקרת בכירה ופרופסור למדעי האנרגיה והנדסה בבית הספר לקיימות של סטנפורד, מסבירה את הגישה החדשה של המחקר הזה: "עד היום לא בדקנו סוללות לרכב חשמלי בדרך הנכונה. להפתעתנו, נהיגה אמיתית, שכוללת האצות תכופות, בלימה רגנרטיבית שטוענת חשמל בסוללה, עצירות בדרך לצרכים שונים שמאפשרות לסוללות "לנוח" – לפעמים למשך שעות בין שימוש לשימוש – מאפשרות לסוללות להחזיק מעמד זמן רב יותר ממה שנמצא עד כה בבדיקות מעבדה סטנדרטיות של התעשייה".
המחקר, שארך שנתיים, בוצע עם ארבעה פרופילי פריקה של סוללה, החל מפריקה קבועה סטנדרטית ועד לפריקה דינמית שמדמה נהיגה בתנאים אמיתיים. צוות המחקר בחן 92 סוללות ליתיום-יון מסחריות ומצא שככל שהפרופילים שיקפו באופן מציאותי יותר את תנאי הנהיגה בפועל – כך עלתה תוחלת החיים של הסוללות.
לתוספת החיים הלא צפויה הזאת תרמו, כך מתארים החוקרים, מספר גורמים. למשל – המחקר מצא מתאם בין תאוצות קצרות וחזקות לבין התדרדרות איטית יותר, והחוקרים טוענים שזה הפתיע אפילו אותם מפני שזאת תוצאה הפוכה להנחות ותיקות של חוקרי סוללות ("כולל צוות המחקר הזה") לפיהן תאוצות חזקות מזיקות לסוללות.
אלכסיס גסלין, אחד משלושת מחברי המחקר ודוקטורנט במדע והנדסה של חומרים ובמדעי המחשב בבית הספר להנדסה של סטנפורד אומר: "תאוצה נמרצת לא מאיצה את הזדקנות הסוללה – אם כבר, זה מאט אותה".
החוקרים בחנו הבדלים בהזדקנות הסוללה כתוצאה של מחזורי פריקה רבים וכאשר הם יצרו לדרך הם הניחו, כמו כל מהנדסי הסוללות, שהזדקנות כתוצאה ממחזורי טעינה ופריקה משמעותית יותר מאשר הזדקנות שנגרמת כתוצאה ממשך הזמן. "ההנחה הזאת נמצאה כנכונה כאשר מדובר בכלי רכב חשמליים מסחריים גדולים כמו ואנים מסחריים ואוטובוסים אשר נמצאים בשימוש אינטנסיבי או בטעינה", אומר גסלין, "אבל אצל בעלי רכב שמשתמשים בו כדי להגיע לעבודה, לאסוף את ילדיהם, ללכת למכולת – מחזורי הטעינה הרבה פחות משמעותיים לבריאות הסוללה מאשר הגיל שלה".
למחקר הזה, כך מסתבר, יש גם משמעויות מעשיות שיכולות להאריך את אורך החיים של רוב הסוללות בכלי רכב חשמליים קיימים. "יצרניות הרכב", אומרים עורכי המחקר, "יכולות לעדכן את תוכנת ניהול הסוללות כדי לנצל את הממצאים החדשים ולמקסם את תוחלת החיים של הסוללה בתנאי נהיגה של העולם האמיתי".
יתרה מכך, מסתבר שהשלכות המחקר חורגות מעבר לתחום הסוללות החשמליות ועשויות להשפיע לא רק על התקני אנרגיה אחרים אלא גם על חומרים והתקנים אחרים שבהם להזדקנות החומר יש משמעויות קריטיות כמו פלסטיק, תאים סולריים וביו-חומרים שונים.
לקריאה נוספת:
יצרנית הרכב הסינית MG מעניקה אחריות לסוללה לכל חיי הרכב החשמלי
זיקר השיקה סוללה לרכב חשמלי עם קצב הטעינה המהיר בעולם
מחירי הסוללות לרכב חשמלי יצנחו ב-26% נוספים תוך כשנה
טווח נסיעה של רכב חשמלי כבר לא מטריד אף אחד: תשכחו מחרדת הטווח
