Електродите без разтворители обещават по-малки заводи и по-ниски разходи
Високоефективните заводи за батерии, а не по-бързите автомобили, се очертават като истинското изпитание за това кой ще спечели следващата фаза от надпреварата при електромобилите. Компаниите, които успеят да намалят драстично потреблението на енергия, необходимата площ и използването на разтворители при производството на клетки, започват да показват как електрическите превозни средства най-накрая могат да достигнат цени за масовия пазар, без да жертват пробег или производителност.
Електромобилите вече предлагат това, което повечето шофьори искат: тих, удобен автомобил, който е евтин за поддръжка и не изхвърля вредни емисии. Въпреки това, макар моделите само на батерии да достигат приблизително една пета от продажбите на нови автомобили в световен мащаб, цените остават твърде високи за много купувачи. Това кара няколко големи западни производители да преразгледат краткосрочните си производствени планове.
Причината за това в крайна сметка се крие в батерийния елемент, който доминира в цената на един електромобил и вече е решаващ фактор дали един модел може да бъде предложен на масовия пазар, или не.
Батериите съставляват около 40% от общата стойност на един електромобил, като приблизително 70% от цената на клетката идва от суровините, а останалите 30% – от производството. Този факт тласка инженерите в две паралелни посоки: усъвършенстване на химическия състав, като литиево-желязо-фосфатни и никел-манган-кобалтови батерии, и оптимизиране на производствените методи, които превръщат прахообразни материали в електроди.
Проблемът на съвременните заводи
Докато работата по материалите се фокусира върху по-евтини колектори и по-висока енергийна плътност, основният начин, по който повечето заводи все още произвеждат електроди, изглежда почти същият като преди десетилетия.
Днешният доминиращ процес на „мокро нанасяне“ смесва активни прахове с токсични разтворители до получаване на суспензия. След това тази смес се нанася върху метално фолио и преминава през сушилни пещи, които могат да бъдат дълги колкото футболно игрище. Един завод за клетки с капацитет от около 50 гигаватчаса годишно – достатъчен за захранването на приблизително един милион автомобила – може да изисква постоянна мощност от порядъка на 50 мегавата само за работата на тези пещи, което е сравнимо с потреблението на електроенергия на десетки хиляди домакинства.
Енергийното натоварване, капиталовите разходи и екологичната цена на тази система са огромни и се увеличават пряко с изграждането на повече гигазаводи. За автомобилните производители, които вече са изправени пред многогодишно ценово изоставане спрямо китайските си конкуренти, тази тежест става все по-трудна за оправдаване.
Решението: сух производствен процес
Точно тук производството на сухи електроди се превръща от изследователска тема в централен залог за бъдещето на индустрията. На теория елиминирането на разтворителите от процеса на нанасяне би трябвало да намали както оперативните разходи, така и потреблението на енергия, като същевременно свие необходимата площ на заводите.
На практика обаче сухите процеси се сблъскват с упорити технически пречки. Без течност, която да спомага за разпределението и свързването на частиците, става много по-трудно фините прахове да се смесват равномерно, да се поддържа сцепление с токовия колектор и да се избегне повреждането на чувствителните материали под въздействието на топлина и триене при високоскоростни линии.
Няколко компании вече се справят с тези проблеми с различни подходи, като всяка се опитва да запази или подобри електрохимичните характеристики, докато премахва нуждата от пещи и разтворители.
Подходът на Anaphite
Базираната в Бристол, Великобритания, компания Anaphite е разработила процес, наречен технология за сух прекурсор. Той е проектиран да запази предимствата на равномерното разпределение, като в крайна сметка се получава сух прах, готов за нанасяне. Методът започва с използването на нискотоксични разтворители за цялостно диспергиране на материалите за електродите, след което разтворителят се отстранява механично преди етапа на нанасяне.
Това, което остава, е прах, който се държи подобно на кинетичен пясък: тече свободно като гранулиран материал, но е кохезивен при компресиране. Под налягане по време на производството този прах се трансформира в гладък, гъвкав електроден слой, който се заключва здраво към фолиото на токовия колектор. Целта е да се решат обичайните проблеми със сцеплението и напукването, срещани при други сухи методи.
Ползите по отношение на ефективността са значителни. Чрез премахване на нуждата от дълги и енергоемки сушилни пещи, системата на Anaphite може да намали потреблението на енергия, свързано с нанасянето, с около 85%. Това, заедно с по-опростеното оборудване, води до намаляване на общите производствени разходи с до 40% и до около 15% по-малка площ на завода, без да се жертва производителност или качество.
Платформата Kavian на Sakuù
Sakuù, компания със седалище в Сан Хосе, Калифорния, е поела по различен път към електродите без разтворители със своята производствена платформа Kavian. Вместо изобщо да започва със суспензия, Kavian използва процес, който компанията сравнява с „глазиране на торта – без бъркотията“, като свързва сухи прахове директно върху фолио чрез топлина и налягане в система, подобна на лазерен печат.
Тази архитектура е проектирана да бъде независима от химичния състав: производителите могат да сменят касети с материали, за да „отпечатват“ литиево-желязо-фосфатни, никел-манган-кобалтови или други формули, които могат да се появят в бъдеще, без да препроектират основната производствена линия.
В пилотни програми Sakuù съобщава, че този подход на сухо принтиране може да намали емисиите на въглероден диоксид от производството с приблизително 55%, да свие размера на завода с около 60% и да намали разходите за комунални услуги с повече от половината.
Бъдещето на производството
Също толкова важно е, че самото оборудване е модулно и компактно, с размери, които позволяват на отделните модули да се поберат в пространство, малко колкото гараж. Това позволява мащабиране на производството чрез добавяне на повече машини, а не чрез изграждане на масивни, централизирани заводи. Подобна модулност би могла да даде на производителите на автомобили и на клетки повече гъвкавост да разполагат капацитет по-близо до монтажните заводи или да увеличават обемите на по-малки, по-разпределени стъпки.
Ако тези сухи процеси се докажат в голям мащаб, те биха могли да затегнат връзката между производителността и достъпността на електромобилите по начин, който конвенционалните методи не могат. Комбинацията от по-енергийно плътни и по-евтини клетки с присъщите предимства на електрическото задвижване – мигновен въртящ момент, тихи купета, ниски експлоатационни разходи – ще направи преминаването към електрически транспорт все по-малко зависимо от субсидии или първи ентусиасти и все повече от чиста икономическа логика.
Последвайте ни в Google News
