„Bateriju izstrāde šobrīd ir neticami aizraujoša.”

Profesors Fihtners – uzkrājošās baterijas ir elektromobiļa vissvarīgākā daļa. Kuras šim nolūkam ir vislabākās?
Baterija, kas apvieno vislabākās ietilpības, ātras uzlādes, zemu izmaksu, drošības un ilgtspējas īpašības atkarībā automobiļa un tā pielietojuma mērķa.
Luksusa klasē nozīme ir lielai nobraukuma rezervei. Kompaktklasē baterijai jābūt ievērojami lētākai, bet tai nav jānodrošina vienlīdz liela ietilpība.

Elektromobilī ir ierobežota baterijai paredzētā vieta. Kāds dizains jāizvēlas, lai tāda paša izmēra baterija nodrošinātu vēl lielāku ietilpību?
Daži ražotāji strādā ar tā saukto „elements pakā” (cell-to-pack) vai „elements virsbūvē” (cell-to-body) dizainu, t. i., bateriju pakas vairs netiek izgatavotas no šokolādes tāfelītes lieluma elementiem, bet ir dēļa formā. Šādiem lielākiem agregātiem ir nepieciešams mazāk iepakojuma materiāla, tādējādi nodrošinot vairāk vietas faktiskajam uzglabāšanas materiālam. To sastāvdaļu blīvuma līmenis pārsniedz 70 procentus, kamēr parastajām baterijām šis rādītājs parasti ir aptuveni 50.
Elektromobiļu ražotāji, kuri vēlas izstrādāt paši savas baterijas, jau no paša sākuma var ņemt vērā šo straujo tehnoloģisko attīstību. Galu galā, runa nav par atsevišķu bateriju elementu, bet drīzāk par tādu elementu izgatavošanu, kas ekonomē vietu un kuru lielums joprojām ir maksimālais iespējamais.

Kādu progresu bateriju jomā jūs sagaidāt tuvākajos gados?
Mēs sagaidām, ka progress būs ļoti straujš. Divi Ķīnas ražotāji 2023. gadam jau ir izziņojuši pirmās divas bateriju pakas, kuru nobraukuma rezerve pārsniegs 1000 kilometru. Vienlaikus paredzams, ka uzlāde 700 kilometru nobraukumam aizņems mazāk nekā 10 minūtes.
Kā zinātnieks es pats esmu pārsteigts par šīs attīstības dinamiku. Tas būtu milzīgs lēciens bateriju tehnoloģijā, kas pat nav balstīta uz modernu, jaunu bateriju ķīmiju, bet drīzāk uz tehnoloģiskiem pasākumiem.

Uzlādes jauda bieži vien netiek ņemta vērā. Kāda ir saistība starp uzlādes ātrumu un bateriju tehnoloģiju?
Tā ir taisnība, jo jūs reti vienā reizē nobraucat 600 kilometru. Tādēļ ir svarīgi, lai lielas baterijas būtu ātri uzlādējamas. Galu galā, tas ir pats galvenais. Ja sava elektromobiļa bateriju no 10 līdz 80 procentiem varat uzlādēt tikai desmit minūtēs, tas nozīmē iekšdedzes dzinēja beigas.
Ir materiāli, kas ļauj baterijas uzlādēt ātrāk, bet ir arī citi, kuriem uzlādes laiks ir ilgāks. Tehniski runājot, litija joni uzlādes laikā pārvietojas no katoda uz anodu, un, kad baterija ir uzlādēta, anods litija jonus uzglabā.
Šobrīd anodam ir pievienots grafīta slānis. Ir bateriju ražotāji, kuri tā vietā vēlas izmantot silīcija-oglekļa kompozītmateriālus, jo tos var daudz ātrāk uzlādēt pat zemās temperatūrās. Kas attiecas uz materiāliem, tur attīstības potenciāls ir ļoti augsts. Nomainot tikai anoda materiālu, šūnas ietilpība vien kopumā palielināsies par 30 procentiem. Tas nozīmē, ka nākotnē ir gaidāmi neticami sasniegumi.
Bet bez tā, ja vēlaties uzlādēt 60 kWh bateriju desmit minūtēs, jums būs vajadzīgs elektromobiļa lādētājs ar 360 kW uzlādes jaudu. Tādējādi šobrīd ierobežota ir nevis baterijas jauda, bet drīzāk gan elektromobiļu uzlādes infrastruktūra.

Ja runājam par viedtālruņiem, baterijas efektivitāte pēc intensīvas divu vai trīs gadu lietošanas ievērojami samazinās. Cik ilgs ir elektromobiļa baterijas ekspluatācijas laiks?
Šādas baterijas ir ļoti atšķirīgas, un viedtālruņus faktiski ir paredzēts mainīt ik pēc trīs gadiem. Elektromobilī baterijas kontroles sistēma ir daudz inteliģentāka, un baterija dažādos veidos, piemēram, ar inteliģento uzlādes pārvaldību, ir aizsargāta pret pārkaršanu un citām kaitīgām ietekmēm.
Pētījumi ar jaunākiem automobiļiem liecina, ka pēc pieciem gadiem parasti joprojām būs pieejami 95 procenti no baterijas atlikušās ietilpības. Vilces baterija elektromobilī ir projektēta 2000 pilniem cikliem. Piemēram, 2000 reizes reizinot ar 500 kilometru nobraukuma rezervi, ietilpība veido vienu miljonu kilometru.
Pēc šiem 2000 pilnajiem cikliem baterija sasniedz 80 procentu atlikušās ietilpības robežvērtību, ko uzskata par baterijas ekspluatācijas laika beigām. Tomēr tad baterija ir tālu no bojātas, un tā var labi darboties vēl desmit gadu, piemēram, stacionārā fotoelektriskajā vai vēja enerģijas parku uzglabāšanas sistēmā.

Visā pasaulē tiek būvētas giga izmēra bateriju rūpnīcas. Vai tuvāko gadu vai desmitgažu laikā elementu ražošanai pietiks izejmateriālu?
Šobrīd tie ir pietiekamā daudzumā. Tomēr ražošanas jaudas vēl nav pielāgotas strauji augošajam pieprasījumam, tā kā dažās teritorijās var rasties „pudeles kakla” efekts. Mēs, zinātnieki, mēģinām šo situāciju labot, piemēram, nākotnē pilnībā izslēdzot kobalta izmantošanu jaunajās baterijās, kā arī litiju daļēji aizstājot ar nātriju. Tas ir viens no pasākumiem, kas ievērojami samazinās potenciālo izejmateriālu trūkumu.
Šobrīd Vācijā tiek plānotas vienpadsmit bateriju giga rūpnīcas, un tas ir kaut kas nepārspējams. Tas ir milzu potenciāls, lai nodrošinātu pareizu rīcību. Svarīgākais jautājums ir: vai šīs giga rūpnīcas ražos tikai elementus, vai arī aptvers visu sistēmu?

Cik svarīgi šajā kontekstā ir nolietoto bateriju pārstrādes procesi?
Ļoti svarīgi. Aplēsts, ka aptuveni no 2034. gada puse nepieciešamo izejmateriālu jau būs pārstrādāti. Šobrīd Eiropā ir 38 bateriju pārstrādes rūpnīcas, kas izstrādā jaunus procesus un palielina darba jaudu. Kad nākamās desmitgades vidū būs nepieciešams pārstrādāt lielus elektromobiļu bateriju apjomus, tām ir jābūt sagatavotām.

Baterija veido lielu elektromobiļa izmaksu daļu. Kam jānotiek, lai šīs izmaksas samazinātu?
Šim nolūkam nepieciešams izmantot lētākus materiālus, t. i., izejmateriālus, kas ir plaši pieejami, sastopami visā pasaulē un ko var nekritiski iegūt. Turklāt ražotājiem jāattīsta jauni enerģijas un laika ekonomijas procesi.
Bez pāriešanas uz ilgtspējīgākiem materiāliem, izmaksu samazināšanai bateriju ražošanas jomā ir ļoti ievērojama tendence. Tas attiecas uz visu: mazāk vietas, mazāk enerģijas, mazāk laika. Attīstības jomā ir daudz notikumu, un tie notiek ātrāk, nekā dažreiz var iedomāties. Bateriju izstrāde šobrīd ir neticami aizraujoša.