לפני כחודשיים פרסמנו כאן תמונת מצב אודות פיתוחים וטכנולוגיות עדכניים בתחום הסוללות לרכב חשמלי, והזכרנו גם את המרוץ אל "הגביע הקדוש" של סוללות "מצב מוצק". בשבועיים האחרונים נחשפנו למבול הצהרות של יצרניות רכב וסוללות בנושא זה, לאחר שחלק מהן חצו את הגבול שבין המעבדה לייצור פיילוט טרום-מסחרי.

היצרניות מבטיחות רכב מייצור סדרתי עם סוללות מצב מוצק מלא תוך שנתיים עד שלוש, והקפיצה הטכנולוגית הזאת עלולה להפוך את שאר הטכנולוגיות למיושנות. לכן חשוב לדעת מתי באמת נוכל להיכנס לאולם תצוגה ולקנות רכב חשמלי עם סוללת כאלה (וכמה זה יעלה לנו).

לפני כחודש וחצי נדמה היה שיצרנית הרכב הסינית SAIC עקפה את כולם בסיבוב כאשר הציגה את MG4 עם סוללת "מצב חצי מוצק" (semi-solid-state) אבל מעצם ההגדרה ברור ש"זה עדיין לא זה". אמנם אין לזלזל בטכנולוגיה הזאת מפני שהיא אוחזת בחלק מן היתרונות של מצב מוצק מלא – למשל שיפור בביצועים בתנאי קור ושיפור העמידות מפני בריחה טרמית והתלקחות. אלא שזה עדיין לא אותו "גביע קדוש" שכולנו מייחלים לו, למשל מפני שצפיפות האנרגיה בסוללה של SAIC היא רק 180 Wh/kg, כלומר די דומה לסוללות LFP רגילות.

החדשות החשובות באמת של SAIC, אפילו יותר מן הטכנולוגיה עצמה, הן שימוש בסוללה החדישה ברכב עממי שמחירו בסין נע בין 10,000 ל-15,000 דולר בלבד. המשמעות: אנחנו לא מדברים על מכוניות לעשירים או על דגם נישה שנמכר במספרים קטנים, אלא בדגם מייצור מסחרי והמוני. אגב – SAIC הציגה יעד לייצור המוני של סוללות מצב מוצק מלא כבר בשנת 2026, והיא מתכננת להתייצב שם יחד עם חברת הסטרט-אפ Qingtao Energy, שבה היא משקיעה ואשר מפתחת את הסוללות בפועל.

יצרנית רכב סינית אחרת שהחלה לאחרונה לייצר "סוללות מצב חצי מוצק" היא NIO שפיתחה מארז עם תכולת אנרגיה של 150 קילוואט שעה בשיתוף פעולה עם יצרנית הסוללות WeLion. אנשי ניו מדברים על צפיפות אנרגיה של 360 וואט לקילוגרם ברמת התא ו-260 וואט לקילוגרם ברמת המארז.

המירוץ לשליטה בשוק הרכב החשמלי

רוב ההודעות שפורסמו בתקופה האחרונה אודות טכנולוגיות מצב "חצי מוצק" או "מוצק מלא" מגיעות מסין, וזה ממש לא מקרי. כאשר בוחנים אותן אחת לאחת מסתבר שלא מדובר באוסף יוזמות תאגידיות נפרדות אלא באסטרטגיה ממשלתית מתואמת שמנוהלת על גבי "הפלטפורמה השיתופית לחדשנות בסוללות מצב מוצק בסין" (CASIP). פלטפורמה זאת הוקמה בגלל החשש של ממשלת סין שמתחרים מחוץ לסין ינצלו את הטכנולוגיה החדשה כדי לעקוף את היתרון היחסי שהסינים בנו, ולחסל את הדומיננטיות הנוכחית שלהם בשוק הסוללות ובשוק הרכב החשמלי.

על פלטפורמה זאת פועלות חברות מתחום הרכב והסוללות שבחיי היום יום שלהן מתחרות בינן לבין עצמן תחרות עזה. ממשלת סין לא עובדת בשיטה של שליפות ותחרות בין פוליטיקאים בטיקטוק אלא בהתאם לתוכניות עבודה מסודרות וצופות פני עתיד. הסינים מבינים שזירת הקרב הבאה בתחום הרכב החשמלי היא סביב סוללות מצב מוצק, וכדי להיערך למלחמה הזאת הם חיברו על גבי הפלטפורמה הזאת את החברות המסחריות המתחרות יחד עם גופי אקדמיה וסוכנויות ממשלתיות והציבו לכולם מטרה משותפת: להבטיח שרשרת אספקה (סינית) עצמאית ודומיננטית עד לשנת 2030. הרעיון פשוט: הממשלה הסינית לא תיתן לאף ממשלה אחרת לנצח אותה בשיטות שהיא עצמה גיבשה.

טויוטה, למשל, הייתה בין המשקיעות הראשונות בטכנולוגיית "מצב מוצק" והיא מחזיקה ביותר מ-1,300 פטנטים בתחום לעומת כ-100 פטנטים בלבד לחברות סיניות. גם חברות אחרות ביפן וחברות מדרום קוריאה, אירופה וצפון אמריקה נושפות בעורפן של הסיניות, ויוזמת CASIP מדגימה את אופן הפעולה המחושב והצופה פני עתיד של ממשלת סין בניסיון להגן על המבצר שלה.

הממשלה הסינית כופה שיתוף פעולה בין יריבות מסחריות כדי להשיג יעד אסטרטגי לאומי ולקדם "ריבונות טכנולוגית לאומית" על חשבון תחרות תאגידית קצרת טווח. כך בונה לעצמה ממשלת סין יתרונות באיגום משאבים, שיתוף במחקר פרה-תחרותי, ותקינת הגנה על שרשראות האספקה שלה.

ממש כפי שהממשלה הסינית עשתה כבר בתחומים אחרים, למשל בתחום סוללות ליתיום-יון, כעת היא בונה מערכת אקולוגית מקומית חזקה גם בתחום הזה כדי שהיא תוכל לעמוד בפני כל רגולציה זרה ואף ליצור "מאזן הרתעה" באמצעות תקינה מקומית.

אגב, בתחילת חודש אוקטובר השנה הכריזה האקדמיה הסינית למדעים (CAS) על פריצת דרך בתחום הסוללות במצב מוצק, וזה קשור לפתרון של בעיה אופיינית לסוללות האלה שמוגדרת כ"ממשק מוצק-מוצק לקוי בין האלקטרודה לאלקטרוליט אשר גורם להתנגדות גבוהה להובלת יונים וליעילות נמוכה"

המכון לחקר מתכות (ששייך לאקדמיה הסינית למדעים) פרסם בכתב העת האקדמי Advanced Materials תוצאות מחקר שבוצע על-ידי צוות של המכון שהצליח לבנות "סוללת מצב מוצק גמישה" שמכילה מולקולות פולימריות, קבוצות אתוקסי ושרשראות גופרית קצרות פעילות אלקטרוכימית.

לנו זה לא אומר הרבה אבל המדענים הסינים טוענים שזה מאפשר הולכה טובה של יונים באופן שמאפשר להגדיל משמעותית את צפיפות האנרגיה ברמת התא. בנוסף, לסוללה שמכילה פולימר יש עמידות פיזית גבוהה יותר, וכך הוכיח לטענתם ניסוי שכלל 20,000 כיפופים חוזרים ונשנים (של הסוללה הגמישה).

שנת הפריצה הגדולה: 2027

בואו לא נתאהב בהצהרות והבטחות, אבל בשבוע שעבר פרסמה יצרנית הרכב הסינית צ'רי הודעה על סוללת "Rhino S" – מודול סוללת 'מצב מוצק מלא' עם אלקטרוליט פולימרי מוצק וקתודת ליתיום-מנגן. מה שמרשים בפרסום של צ'רי זאת הבטחה לצפיפות אנרגיה של 600 Wh/kg. נתון זה הוא בין הגבוהים ביותר שהוכרזו על ידי יצרנית רכב כלשהי עד כה, והוא קרוב מאוד לגבול התיאורטי העליון לטכנולוגיות 'מצב מוצק'.

נזכיר שהפער, או היחס, בין צפיפות אנרגיה ברמת התא לצפיפות ברמת המארז (cell-to-pack mass ratio), מתאר למעשה כמה אחוז מן המשקל הכולל של המארז לא תורם ישירות לאגירת אנרגיה. אם נחיל יחס של 70% על הסוללה של צ'רי נקבל צפיפות מארז תיאורטית של כ-420 וואט לקילו בלבד.

ובכל זאת מדובר בפריצת דרך: בהשוואה לטכנולוגיות הנוכחיות מדובר בצפיפות אנרגיה גבוהה כמעט פי שניים מזו של תאי ליתיום-יון מתקדמים עם אלקטרוליט נוזלי, וזה אומר שעם סוללה בגודל פיזי ממוצע לימינו אפשר להגיע לטווחי נסיעה ריאליים של 1,200-1,300 ק"מ בטעינה אחת, ואל פוטנציאל טווח תיאורטי של יותר מ-1,500 ק"מ.

לא פחות חשוב: קצב הטעינה של סוללת מצב מוצק יכול להיות הרבה יותר מהיר מזה של סוללה עם אלקטרוליט נוזלי או "חצי מוצק", ולוחות הזמנים המובטחים מרשימים עוד יותר: ייצור פיילוט בשנה הבאה והתקנה ברכב סדרתי ראשון בשנת 2027.

כמו צ'רי, כמעט כל היצרניות שמשתתפות במרוץ הטכנולוגי החשוב הזה מבטיחות "משהו" לשנת 2027, אבל מאחורי ההבטחות האלה מסתתרים פערים גדולים. נתחיל דווקא ביפן, שם מתחייבת טויוטה – יצרנית הרכב הגדולה בעולם – להיות הראשונה בשוק עם רכב מסחרי שמצויד בסוללת מצב מוצק מלאה, ולטענתה זה יקרה ב-2027 ולכל המאוחר בשנת 2028. לפני כשבועיים הכריזו היפנים על חתימת הסכם להחרבת שיתוף הפעולה עם אחד התאגידים היפנים הגדולים – Sumitomo Metal Mining לייצור המוני של חומרי קתודה ל"מצב מוצק", וזה לבד מצביע על התקדמות לקראת ייצור מסחרי.

אנשי טויוטה מבטיחים טווח נסיעה של כ-1,000 ק"מ (אם כי תמיד צריך לזכור שטווח נסיעה הוא פונקציה של גודל הסוללה מבחינת תכולת אנרגיה ולאו דווקא מעיד על הטכנולוגיה שממנה היא בנויה), טעינה מ-10% ל-80% תוך 10 דקות או פחות (וזה כבר יתרון מאוד חשוב), ואלקטרוליט גופריתי מוצק (sulfide-based) שהחברה (באמצעות הספקים שלה) שוקדת על פיתוחו עוד מאז שנת 2021.

בהודעה של טויוטה יש "אבל" גדול: סוללות מצב מוצק ראשונות יותקנו בדגמי לקסוס היוקרתיים והיקרים, כלומר לא בדגמי המסה של טויוטה. אלה צפויים לקבל את הטכנולוגיה רק במהלך שנת 2028.

אחת השותפות של טויוטה בסין היא יצרנית הרכב הממשלתית GAC, אשר באמצעות חטיבת הרכב החשמלי שלה, Aion, מבטיחה ייצור המוני והתקנה סדרתית של סוללות מצב מוצק מלא כבר בשנה הבאה.
GAC אף טוענת שעברה כבר משלב המעבדה לשלב המוכנות לייצור המוני עם סוללות בעלות צפיפות אנרגיה של יותר מ-400 וואט לקילוגרם ברמת התא.

יצרנית הרכב הסינית 'לי אוטו', בשיתוף יצרנית הסוללות הסינית Sunwoda Electronic, חשפה בשבוע שעבר את מה שהם מכנים "הדור הבא של סוללת פולימר מצב מוצק" – אשר הוטבלה תחת השם המסחרי Bixiao. לדבריהם, לסוללה הזאת יש צפיפות אנרגיה של יותר מ-400 וואט/ק"ג ועמידות גבוהה מפני שחיקה כתוצאה מטעינה ופריקה. להערכתם הסוללה הזאת תשמור על קיבולת של יותר מ-80% כעבור 1,200 מחזורי טעינה ולכן תשרוד יותר מעשור, והיא תאפשר לכלי רכב חשמליים להשיג טווחי נסיעה של יותר מ-1,000 ק"מ.

יצרנית הסוללות מבטיחה להשלים עד לסוף השנה הנוכחית את ההקמה של קו ייצור במסגרת פיילוט, ולייצר עליו אצוות קטנות לצורך ניסויים כבר בשנה הקרובה. לדבריהם, בשנת 2027 הם יהיו מסוגלים לייצר גיגהוואט שעה של סוללות מן הסוג הזה. Sunwoda היא בין יצרניות הסוללות הקטנות בסין, אבל בנוסף ל'לי אוטו' היא מספקת סוללות גם לאקספנג, ניו, דונגפנג וגם ל-SAIC ול-GAC.

FAW Group, ענקית רכב ממשלתית נוספת, השלימה לטענתה פיתוח אב-טיפוס וגם אימות (ולידציה) של תאי סוללת מצב מוצק מלא, ואילו ענקית הרכב הממשלתית דונגפנג הכריזה על הקמת שרשרת אספקה עצמאית לחלוטין לסוללות מצב מוצק, תוך שליטה בטכנולוגיות מפתח כמו אלקטרוליטים ומפרידים. לטענת דונגפנג הם פיתחו כבר תאים עם צפיפות אנרגיה של 240 ושל 350 וואט לקילוגרם, וסוללות כאלה מותקנות כבר בצי של 50 כלי רכב מדגם דונגפנג E70 שלטענת היצרנית צברו יחד יותר מ-1.5 מיליון ק"מ של נסיעה בתנאי אמת.

צ'נגאן, אף היא יצרנית ממשלתית ענקית, מבטיחה להציג אב טיפוס של סוללת מצב מוצק עד לסוף השנה הנוכחית, לבצע מבחנים בכלי רכה במהלך 2026, ולהתחיל בייצור המוני עד לשנת 2027. בצ'נגאן מבטיחים תאי סוללה עם צפיפות אנרגיה של בין 400 ל-500 וואט לקילוגרם.

אבל מה עם יצרניות הסוללות?

מי שנמצאות "בין הפטיש לסדן" כרגע הן יצרניות הסוללות הגדולות שכבר השקיעו במצטבר עשרות מיליארדי דולרים בפיתוח טכנולוגיות ואמצעי ייצור לדור הנוכחי של סוללות. האינטרס שלהן הוא למנף את השקעות העבר שלהן הזאת לכמה שיותר רווחים ובטח שלא למחוק אותן.

השקעה בטכנולוגיית "מצב מוצק" היא אולי הדבר הנכון בראיה צופת פני עתיד, ודאי כדי שלא להתפוגג כמו נוקיה או קודאק שהתעלמו מפיתוחים חדשים בתחומיהן. אבל יצרניות הסוללות הסיניות (שמחזיקות יחד בכ-69% מתפוקת הסוללות העולמית ושש מהן נמצאות בין עשרת יצרניות הסוללות הגדולות בעולם) – לא ממהרות לדלג אל הדבר הבא.

CATL, יצרנית הסוללות הגדולה בעולם, ו-BYD שמדורגת שניה, הכריזו שתיהן על תוכניות לייצור בקנה מידה קטן של סוללות מצב מוצק עד לשנת 2027. לוח הזמנים הזה יותר שמרני מזה של יצרניות הרכב שרוכשות מהן סוללות וצריך לזכור שבין ייצור בקצב מלא של סוללות חדשות לבין ייצור סדרתי של כלי הרכב שמשתמשים בהן חולפים לא מעט חודשים. במילים אחרות – אם המושלות בכיפה ינסו לדחות קצת את הקץ זה עשוי (או עלול, תלוי בעיני מי) לדחות את מועד החדירה של הטכנולוגיה הזאת.

לוחות הזמנים שהציבה CATL מדברים על ייצור בקנה מידה קטן (small-scale production) בשנת 2027, ייצור סדרתי המוני בסוף העשור, וצפיפות אנרגיה של 500 וואט לקילוגרם.

וו קאי (Wu Kai), המדען הראשי של CATL, טוען ש"רמת הבשלות הטכנולוגית של סוללות מצב מוצק כיום היא 4 מתוך 9 והחברה שואפת להגיע אל 7-8 עד לשנת 2027. לדבריו, כאשר CATL תשיג את היעד הזה היא תוכל לייצר סדרות ייצור קטנות אבל "מסחור – כולל פיתוח שרשרת אספקה – עדיין רחוק".

לעומת זאת, אנשי BYD, שהיא יצרנית הסוללות השנייה בגודלה בעולם, פרסמו החודש את מפת הדרכים המפורטת שלהם לאחר שכבר בשנה שעברה, לטענתם, הם ייצרו תאי "מצב מוצק" ראשונים במסגרת פיילוט. הם מצידם טוענים שהשנים 2027-2029 יוקדשו ל"שלב הדגמה" (demonstration phase) שבמהלכו יבוצע ייצור מוגבל ואילו ייצור המוני יבוצע רק בסוף העשור. נזכיר רק ש- BYD רוצה להמשיך לייצר סוללות LFP קונבנציונליות למשך 15-20 שנים נוספות לכל הפחות.

הבעיה של שתי ענקיות הסוללות הסיניות היא שאם הן לא יזדרזו הן עלולות למצוא את עצמן בפיגור לא רק מול מדינות אחרות אלא אפילו בתחרות מבית. יצרנית הסוללות הסינית Gotion, שהיא השביעית בגודלה בעולם עם נתח שוק של כ-3.6% מכלל ייצור הסוללות לרכב, הכריזה מוקדם יותר החודש שהיא החלה לתכנן את הקמת קו הרכבה לסוללת מצב מוצק שהיא פיתחה, שאותה היא מכנה "ג'ינשי". Gotion, שבין המשקיעות בה נמנית גם קבוצת פולקסווגן, הכריזה על תחילת ייצור במסגרת פיילוט ועל הקמת מערך ייצור מסחרי שיספק 2 גיגהוואט שעה של סוללות בכל שנה.

החברה שקדה במשך 8 שנים על הפיתוח של סוללת ג'ינשי וחשפה אותה לפני מעט יותר משנה, ולטענת החברה זאת סוללה עם צפיפות אנרגיה של 350 וואט/ק"ג ברמת התא ו-280 וואט/לקילוגרם ברמת המארז. אנשי החברה מבטיחים יותר מ-3,000 מחזורי טעינה ותוחלת חיים צפויה של מיליון קילומטרים.

גם טסלה, אגב, ממש לא ממהרת – אבל מסיבות אחרות. טסלה מהמרת שפריצת דרך בשדרוג תהליכי הייצור של סוללות יותר חשובה מאשר פריצת דרך בכימיה שלהן, ונכון להיום היא מעדיפה לייצר כלי רכב חשמליים "טובים מאוד" בעלויות ייצור נמוכות מאשר להכין את עצמה לעידן "המצב המוצק", ולו מפני שבתחילת הדרך יוצעו סוללות הרבה יותר יקרות ועדיין לא בדוקות עד הסוף.

יכול להיות שהאסטרטגיה של טסלה, אשר לראשונה בהיסטוריה משדרת מסר יותר שמרני אפילו מזה של טויוטה, יש הרבה היגיון אבל ברור שהוא גם נושא סיכון. אם אחת מיצרניות הרכב תצליח למסחר סוללות מצב מוצק תחרותיות עלולה טסלה למצוא את עצמה עם חיסרון תחרותי וסוללות מיושנות.

מי שדווקא תומך בגישה של טסלה הוא המומחה הסיני וואנג פאנג (Wang Fang ) מחברת המחקר הסינית China Automotive Technology Research Centre. להערכתו, סוללת מצב מוצק מסחרית תעלה בשלב ראשון פי שלושה מסוללת ליתיום נוזלית, ורק לקראת סוף העשור יגיעו שתי הטכנולוגיות לשוויון מחירים.

שורה תחתונה: מה ישתנה ומה מה לא ישתנה?

כפי שפרסמנו כאן, טכנולוגיית מצב מוצק אולי תשנה את עולם הסוללות אבל זאת לא הטכנולוגיה היחידה שבפיתוח, ודי ברור שהיא לא תגיע אל מכוניות עממיות מייצור סדרתי בשנה הקרובה ואולי גם לא תוך שנתיים. מאוד חשוב לשים לב להתפתחויות בתחום הזה כדי שלא להיתקע עם רכב פחות מבוקש אבל כנראה שזה לא צריך להשפיע על השיקולים של מי שמתכנן להזמין רכב חדש ב-12 החודשים הבאים.

כמעט ודאי שבעוד 5 שנים, לכל המאוחר, יוצעו בעולם כלי רכב עממיים עם סוללות מצב מוצק, אבל בטווח הזמן שבין סוף השנה הבאה ועד לסוף שנת 2027 אנחנו נראה בעיקר את היצרניות השונות רצות "להטביע חותם" כדי להימנות עם הקבוצה הראשונה שהשיקה בעולם טכנולוגיה חדשה.

עד לקראת סוף העשור יהיו סוללות מצב מוצק יותר יקרות מסוללות ליתיום-יון או ברזל-פוספט, אבל משחק המחירים לא ייקבע בגלל עלויות ייצור אלא בגלל משחק האינטרסים בין יצרניות הסוללות שרוצות לשמר טכנולוגיות קיימות לבין ממשלת סין שלא תאפשר להן לפגר במרוץ העולמי.

אחרי כל זה צריך לזכור שבסוף היום, כדי להניע רכב מנקודה א' לנקודה ב' נדרשת כמות נתונה של אנרגיה, ולא משנה איך ואיפה אוגרים אותה אלא כמה מהר "מעמיסים" אותה על הרכב. כדי לנצל חלק מן היתרונות של "מצב מוצק", למשל טעינה מאוד מהירה, נדרשת תשתית טעינה מאוד חזקה, ובתחום הזה נמצאת מדינת ישראל בפיגור.

שנת 2027 כנראה לא תהיה שנת "המהפכה הגדולה" של סוללות מצב מוצק אבל היא תהיה שנה גדושה בהשקות ובתצוגות של יצרניות רכב נחשוניות. טויוטה תציג דגם או דגמים של לקסוס, BYD תשיק את הטכנולוגיה במותגי היוקרה שלה, וכל היצרניות הסיניות שנמצאות על פלטפורמת CASIP ישיקו דגמים סדרתיים לשוק הסיני במטרה לצבור קילומטראז' ולהתחכך עם הטכנולוגיה החדשה.

סוללות מצב מוצק יהפכו לתחרותיות רק משנת 2030 וצפונה, לאחר ששרשראות האספקה יעבדו בתפוקה מלאה ובתזמון מושלם והיצרניות יתגברו על מחלות הילדות של הטכנולוגיה החדשה.

לקריאה נוספת:

12 שנים לקריסת בטר פלייס: תזמון גרוע או כישלון ידוע מראש?

סוללת מיליון המייל מתגלגלת בדרך למכונית החשמלית שלך

מלחמת הטעינה: זיקר תציג עמדת טעינה בקצב של 1200 קילוואט