Največji izziv električnih avtomobilov so vsekakor njihovi akumulatorji. Na tem področju se dogaja marsikaj, tako kar zadeva razvoj v smeri njihove večje zmogljivosti kot zagon večje proizvodnje. O tem in še o nekaterih drugih izzivih, ki jih prinašajo, smo se pogovarjali z dr. Robertom Dominkom, raziskovalcem na Kemijskem inštitutu v Ljubljani, ki se ukvarja s sodobnimi baterijskimi sistemi za električne avtomobile.
 

Za začetek, na trgu je že kar nekaj očitno zanimivih novih električnih avtomobilov, ki pa jih ne morejo dobaviti v zadostnih količinah, saj menda ni mogoče hitro izdelati ustrezne količine akumulatorjev zanje. Kaj menite o tem?

Sam imam podobne informacije, da so želje in potrebe večje od zmožnosti dobavljanja predvsem akumulatorjev pa tudi drugih sestavnih delov, ki tvorijo baterijski paket. Smo v položaju, ko ne veš, kaj je bolje imeti prej – kuro ali jajce, vse skupaj gre tako hitro, da bi morda morali imeti že kar oboje na začetku. Morda se je to zgodilo zaradi zadržanosti nekaterih velikih avtomobilskih proizvajalcev. To se rešuje z gradnjo novih tovarn akumulatorjev, ko govorimo o gigavatnih novih zmogljivostih, a za to je potreben čas, leta.

Če je to za zdaj vse osredotočeno v Aziji in v Tesli v ZDA, me zanima, kaj na tem področju res počne Evropa?

Na Švedskem se gradi gigatovarna Northvolt, ki je izboljšana kopija Teslove tovarne, potem je tu še veliki evropski konzorcij v Nemčiji … Poleg tega s svojimi naložbami v Evropo prihajajo azijski proizvajalci, na Madžarsko, Poljsko, tudi v Nemčijo. Povsod se bodo gradile tovarne z velikimi zmogljivostmi, saj se zavedajo, da bo treba servisirati evropsko avtomobilsko industrijo. Je pa ob tem prisoten paradoks spoznanja, da nekaterih surovin ni dovolj. Zaradi tega se ob gradnji teh tovarn spreminja tudi kemijska sestava akumulatorjev. Materiali so razviti, a jih je treba preizkusiti, jih vgraditi, to so postopki, ki trajajo nekaj let.

Pa je na primer Nemčija pripravljena, da se tako prihaja na njihov teren?

Nemci imajo svoje naložbe v akumulatorje, kot je na primer Tera E, obstaja še tovrstna zaveza med Daimlerjem in nemško industrijo. Vendar bodo k sebi spustili tudi največjega kitajskega proizvajalca Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL).

Ker je kobalt kot surovina problematičen, nas zanimajo nove kemične sestave akumulatorjev?

Če smo doslej imeli večinsko kobaltovo spojino na pozitivni elektrodi, naj bi bilo tega elementa zdaj manj, a čisto brez kobalta ne gre, saj daje moč in stabilnost. Kobalt se sicer menja z nikljem, s katerim pa stvari tudi niso enostavne, posebej zaradi povečanja dejavnosti jeklarske industrije. V naslednjih korakih se zato pri litij-ionski bateriji razmišlja o manganovi ali železovi spojini na katodi. Obeh elementov je dovolj, izboljšane katodne materiale na njuni osnovi lahko pričakujemo v desetih letih.

Ravno sem se vrnil iz Švedske, kjer smo imeli sestanek projekta Battery2030+. Ta je le del večje pobude industrializacije proizvodnje akumulatorjev, ki se vzpostavlja v Evropski uniji. Evropa želi zgraditi bazo raziskovalcev, ki bodo predlagali nove koncepte akumulatorjev ali reševali osnovne probleme trenutnih tehnologij in to znanje začeli vgrajevati v izdelke tovarn, ki se že gradijo. Če daje danes avtomobilski proizvajalec jamstvo na baterijo od pet do osem let, je želja, da bi v prihodnosti te zdržale veliko več, vsaj dve življenjski dobi avtomobila, tudi 20 let. Tiste akumulatorje, ki so danes v električnih avtih, bo treba reciklirati. Naslednje, ki bodo izdelani čez pet do deset let, pa bi po prvi uporabi v avtu uporabljali za shranjevanje energije ali za kakšno manjše vozilo. Trenutno vsi govorimo, da mora imeti električni avtomobil 500 kilometrov dosega, a marsikdo toliko ne potrebuje, in mu zato zadostuje cenejše električno vozilo.
 

Bodo, kot spremljamo v pilotnih projektih, tudi avtomobili s svojimi akumulatorji lahko delovali kot shranjevalniki, ki bodo ne le sprejemali energijo, ampak bi jo po potrebi vračali v sistem za njegovo stabilnost?

Teoretično je to mogoče, v praksi pa po mojem mnenju ni najbolj optimalno. Akumulator za elektromobilnost potrebuje nekoliko drugačne lastnosti kot akumulator, ki je namenjen za shranjevanje energije iz obnovljivih virov. Pri tem drugem nastajajo velika nihanja, kar je lahko precej obremenjujoče za akumulatorske celice, zato morajo biti te pripravljene nekoliko drugače. Moramo pa razmišljati tudi o vzdržnosti materialov. Pri nas končujemo projekt litij-žveplove baterije, o kateri se je po letih raziskav izkazalo, da s stališča velikosti ni najboljša rešitev za avtomobilsko industrijo. Raziskujemo različne prihodnje možnosti, bodisi z magnezijevo baterijo za Hondo, delamo tudi na kalcijevih in aluminijevih baterijah, predvsem da bi bili ti okoljsko vzdržni. Znano je, da je litij geostrateško neenakomerno razporejen. Če te nove rešitve ne bodo tako sposobne, da bi jih uporabili za elektromobilnost, pa bodo lahko primerne za domače shranjevalnike energije.

Kaj pa baterije s tako imenovanim trdnim elektrolitom, s katerimi naj bi se doseg avtomobilov močno izboljšal?

Trdni elektrolit prinaša daljšo življenjsko dobo, večjo stabilnost, boljši nadzor nad degradacijo in večjo energijsko gostoto, predvsem volumensko, delno pa tudi masno. Pri trdnem elektrolitu je sicer možnost uporabe samo keramičnih delcev ali pa gre za mešanico keramičnih delcev in polimernih elektrolitov. Trenutno pripravljamo vlogo za velik evropski projekt na to temo, ki bo, če bo sprejet, koordiniran iz Ljubljane; več za zdaj težko povem. Eden od proizvajalcev, ki bo morda tudi v tem projektu, sicer že dela na teh litij-ionskih akumulatorjih s trdnim elektrolitom. Obstajajo že tudi pilotni avtobusi s takšnimi akumulatorji, ki vozijo po nekaterih mestih. Na tem področju je veliko aktivnosti in tekma, kdo bo boljši in kdo bo prvi na trgu. Tu bi radi tekmovali tudi mi.

Pogosto slišimo razpravo, ali je lahko pogosto hitro polnjenje za avtomobilske akumulatorje škodljivo ali ne?

Hitro polnjenje je stvar dizajna akumulatorja. Pred mesecem in pol sem bil na obisku v Izraelu, kjer smo obiskali eno zagonskih podjetij, ki se ukvarjajo predvsem s hitrim polnjenjem. Imajo izdelano tehniko za šestminutno polnjenje in za nekaj tisoč ciklov. A na ta račun izgubijo približno petino energijske gostote in torej nekaj dosega.

Bo reciklaža akumulatorjev v električnih vozilih problem?

Zdaj to še ni težava, zmogljivosti za reciklažo so večje, kot je odsluženih celic. Odslužene mobilne telefone na primer še kar hranimo doma za vsak primer. Če pa bi prišle v reciklažo baterije, ki jih v avtih uporabljamo danes, zmogljivosti ne bi bilo dovolj. Je pa res, da jih za zdaj veliko ne pride, da pač dolgo delajo ali pa gredo še v drugo življenje za neko uporabo. Sem pa že videl objave avtomobilskih proizvajalcev, da sami postavljajo sisteme reciklaže, in sicer zato, da bodo pri sebi zadržali surovine, še posebej dokler se bosta uporabljala kobalt in nikelj. Res je, da se pri reciklaži porabi veliko preveč energije, kar je največji očitek, se pa zato razvijajo postopki, ki jo bodo poenostavili in bo predvsem energijsko manj potratna.

Kaj pa neželeni vžigi akumulatorjev?

Ko govorimo o tem, se je morda treba najprej vprašati, koliko pa vsak dan zagori bencinskih avtomobilov … Pri električnih avtomobilih sicer prihaja do vžigov, včasih tudi zaradi nepravilne uporabe potrošnika, ko se jih na primer polni pri ekstremno nizki temperaturi. Vsebina akumulatorja je res visoko reaktivna, pri višji temperaturi od 160 do 170 stopinj pride do samovžiga zaradi oksidnih materialov in topil. Se pa s prakso in izkušnjami to odpravlja, zamenjujejo se komponente, dodajajo se varnostni mehanizmi.

Kaj pa pridobivanje električne energije in omrežje, so to večji problemi kot proizvodnja akumulatorjev?

Ko bodo zrasle gigatovarne, bo baterij dovolj, potem pa bomo vsi priklopili naše električne avte čez noč, takrat ko bodo delovale tudi naše toplotne črpalke … Ne verjamem, da imamo tako dober vod iz transformatorja, da bo vse to prenesel. To bo problem, ki ga bo moralo reševati elektrogospodarstvo. Sam sicer verjamem v domače elektrarne, s sončnimi celicami na strehi, če je seveda možnost zanje, pa s shranjevanjem tako pridobljene energije in njeno uporabo.

Govorila sva le o baterijskih električnih avtomobilih – kako pa gledate na hibride, kjer gre tudi za elektrifikacijo, pa na drugi strani na vodik in gorivne celice?

Ko govorim z inženirji iz avtomobilske industrije, so kar žalostni, ker ljudje hibride jemljejo kot bencinske avtomobile in priključne izvedenke premalo polnijo z elektriko. So pa vsaj zame ena posrečenih variant, s katero lahko zmanjšaš porabo. Morda bodo trajali še zelo dolgo, a vseeno jih vidim kot vmesno stopnjo do baterijskih avtomobilov.
Vodik in gorivne celice so super ideja, ki pa ima še vedno dve ali tri težave. Platine ni dovolj, še bolj je primanjkuje kot kobalta; celoten sistem tega pogona je energijsko manj učinkovit; tudi hranjenje vodika je zahtevno. Imajo pa gorivne celice večjo perspektivo pri težkih tovornih vozilih, za katere baterijski električni pogoni ni primeren.

Za konec, ves čas izmenično uporabljamo izraz, baterija in akumulator. Kaj je pravilno?

Akumulator je pravi izraz, saj akumulira in oddaja energijo. Je pa res, da v kakšnem vsakdanjem pogovoru tudi pri nas uporabljamo izraz baterija.