Διαφορετική κίνηση με μπαταρίες λιθίου-αέρα.

Παρά την άριστη οικονομία καυσίμου, τις πεντακάθαρες εξατμίσεις και τις γενναιόδωρες κρατικές επιδοτήσεις, τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν αποτύχει να πιάσουν στο κοινό της αυτοκίνησης. Λιγότερα από 10.000 καθαρά ηλεκτρικά (λιγότερο από το 0,1% των νέων πωλήσεων αυτοκινήτων) κυκλοφόρησαν στους δρόμους της Αμερικής το 2012 και αυτό ήταν το καλύτερο έτος από ποτέ άλλοτε.

Οι πελάτες συνεχίζουν να έχουν ένα μη παράλογο φόβο του να εγκαταλειφθούν στην άκρη του δρόμου όταν η μπαταρία του οχήματος πηγαίνει να τελειώσει, λίγα χιλ. από το σπίτι ή από το πλησιέστερο σταθμό φόρτισης. Πλήρως φορτισμένα, τα καθαρά ηλεκτρικά έχουν μια αυτονομία από συνήθως 120 χιλιόμετρα ή ακόμα και το 90.000 δολαρίων Tesla, Μodel S, με την μπαταρία του 85 κιλοβατώρες, μπορεί επίσημα να διανύσει 265 μίλια με μία μόνο φόρτιση.

Τα υβριδικά αυτοκίνητα είναι διαφορετικό θέμα. Έχοντας ένα βενζινοκινητήρα σε συνδυασμό με έναν ηλεκτροκινητήρα (ή δύο) που επιτρέπει να φορτίσουν τις μπαταρίες τους, ενώ βρίσκεστε εν κινήσει. Η ανανεώσιμη πέδηση βοηθά στο να κάνει τον κινητήρα-γεννήτρια με γνώμονα να κρατήσει τη φόρτιση της μπαταρίας. Η ελευθερία από το "άγχος της αυτονομίας" έχει κάνει τα υβριδικά όπως το Toyota Prius να είναι μια δημοφιλής επιλογή, ειδικά στην Καλιφόρνια, όπου απολαμβάνουν πρόσθετες επιδοτήσεις και οφέλη για τους αυτοκινητόδρομους.

Η έλλειψη δυνατότητας επαναφόρτισης βάζει ηλεκτρικά οχήματα στο έλεος της χωρητικότητας της μπαταρίας τους. Όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα, η πιο δημοφιλής τεχνολογία μπαταρίας που προέκυψε κατά τη διάρκεια των τελευταίων 20 ετών είναι η ισχυρή μπαταρία ιόντων λιθίου -που τον τελευταίο καιρό είναι επίκαιρη για την πρόκληση πυρκαγιών στο τελευταίο επιβατικό αεροσκάφος της Boeing, το 787 Dreamliner. Όλα τα Dreamliners σήμερα σε λειτουργία έχουν καθηλωθεί ως εκ τούτου, και οι παραδόσεις νέων αεροσκαφών, ενώ οι εμπειρογνώμονες της ασφάλειας πτήσεων προσπαθούν να καταλάβουν την αιτία των πυρκαγιών των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Μια θεωρία προτείνει ότι οι κυψέλες ιόντων λιθίου θα πρέπει να είναι σε θέση να αποθηκεύσουν λίγο πάνω από 400 βατώρες ενέργειας ανά χιλιόγραμμο. Μεταφέρουν τη στιγμή περίπου το μισό και ότι κοστίζουν περίπου $ 500 ανά κιλοβατώρα χωρητικότητας. Ένα αμιγώς ηλεκτρικό αυτοκίνητο όπως το Nissan Leaf χρειάζεται 24 κιλοβατώρες ηλεκτρικής αποθήκευσης για να ταξιδεύει 75 μίλια με μία μόνο φόρτιση. Αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία του με ιόντα λιθίου κόστους περίπου $ 12.000, με άλλα λόγια, περίπου το 40% της τιμής του οχήματος πριν από φορολογικές ελαφρύνσεις. 

Για να απαλλαγούν από το άγχος της αυτονομίας, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρειάζονται μπαταρίες τρεις ή τέσσερις φορές καλύτερες. Σε έναν ιδανικό κόσμο, θα αποθηκεύουν τόση ενέργεια ανά χιλιόγραμμο όπως η καύση υδρογονάνθρακα που χρησιμοποιείται σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο. Η ενεργειακή πυκνότητα του πετρελαίου είναι περίπου 13 κιλοβατώρες ανά χιλιόγραμμο. 

Μετά από συνυπολογισμό όλων των απωλειών στον κινητήρα και της μετάδοσης κίνησης, η διαθέσιμη ενέργεια στους τροχούς για την προώθηση ενός βενζινοκίνητα είναι συνήθως όχι περισσότερο από 1,7 κιλοβατώρες ανά χιλιόγραμμο καυσίμου.

Όπως δείχνουν οι αριθμοί, η μπαταρία ιόντων λιθίου- τουλάχιστον με τη σημερινή του μορφή-δεν είναι ανταγωνίσιμη. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι υπάρχουν ακόμη οφέλη που θα είχαν από τη χημεία ιόντων λιθίου. Μπορεί να είναι έτσι. Αλλά πολλοί είναι επιφυλακτικοί σχετικά με τους ισχυρισμούς ότι ο διπλασιασμός της πυκνότητας ενέργειας <του κυττάρου> και μια μείωση κατά το ήμισυ του κόστους της θα είναι εφικτή. 

Αλλά ακόμα και αν οι σκεπτικιστές αποδειχθούν λάθος, μια μπαταρία ιόντων λιθίου που προσφέρει δύο φορές χωρητικότητα  θα εξακολουθεί να υπολείπεται κατά πολύ των επιδόσεων της βενζίνης. Οι  ιδιοκτήτες ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα συνεχίσουν να υποφέρουν από το άγχος της αυτονομίας, ακόμη περισσότερο από τους συνηθισμένους οδηγούς που αντιμετωπίζουν ένα μετρητή καυσίμου να δείχνει μια σχεδόν άδεια δεξαμενή: το πλησιέστερο βενζινάδικο είναι συνήθως μόλις ένα μίλι ή δύο μακριά. Οι σταθμοί επαναφόρτισης για τα ηλεκτρικά οχήματα είναι πολύ λιγότεροι και σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους. Τουλάχιστον για τα ηλεκτρικά οχήματα, ιόντων λιθίου φαίνεται να έχουν φθάσει στο τέλος της ανάπτυξής τους.

Η μόνη τεχνολογία μπαταριών που έρχεται κοντά με την ενεργειακή πυκνότητα της βενζίνης είναι κοντινή ξαδέλφη της ιόντων λιθίου, η διαρκώς υποσχόμενη αεροκυψελών λιθίου. Θεωρητικά, τουλάχιστον, αυτό μπορεί να προσφέρει έως και 12 κιλοβατώρες ανά χιλιόγραμμο. 

Ακόμη και αν μόνο το μισό που έχει επιτευχθεί ποτέ στο εμπόριο, δεν είναι παράλογο να περιμένουμε κάτι σαν τις 1,7 ώρες κιλοβατώρες ανά χιλιόγραμμο να είναι διαθέσιμες στο ηλεκτρικό όχημα, δεδομένης της πολύ μεγαλύτερης αποδοτικότητας των ηλεκτρικών κινητήρων και των συστημάτων μετάδοσης τους. Η συνολική απόδοση του ηλεκτρικού οχήματος (25%) είναι διπλάσια από ένα αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης (12%). Το ηλεκτρικό όχημα είναι αναμφισβήτητα πάρα πολύ καθαρότερο. 

Πολύ πριν η Sony εισάγει την πρώτη εμπορική μπαταρία ιόντων λιθίου το 1991, η λιθίου-αέρα ήταν ιδανική για τα ηλεκτρικά οχήματα. Αυτό προέρχεται από τη δεκαετία του 1970, μετά την πρώτη από τις πετρελαϊκές κρίσεις που τριπλασίασαν τις τιμές πετρελαίου και έστειλε τις αυτοκινητοβιομηχανίες να ψάχνουν για εναλλακτικά καύσιμα και καλύτερα συστήματα αποθήκευσης ενέργεια.

Χρειάστηκε λιγότερο από 20 χρόνια για τις ιόντων λιθίου, παρά τα προβλήματα θερμικής αστάθειας, να πάνε από την τροφοδοσία φορητών υπολογιστών, στα κινητά τηλέφωνα και άλλες φορητές συσκευές, για να γίνει ο κορυφαίος υποψήφιος για βαριές εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα και τα υβριδικά, ακόμη και αεροσκάφη. 

Η απάντηση είναι η δυσκολία στην δόμηση κυψελών λιθίου-air που μπορούν να επαναφορτιστούν χιλιάδες φορές. Ενώ η μπαταρία σε ένα κινητό τηλέφωνο αναμένεται να διαρκέσει περισσότερο από δύο με τρία χρόνια (δηλαδή, 1.000 κύκλους επαναφόρτισης το πολύ), οι οδηγοί περιμένουν τα ηλεκτρικά οχήματα να έρχονται με εγγύηση τουλάχιστον 100.000 μιλίων για τις μπαταρίες τους (ας πούμε, 3.000 κύκλους επαναφόρτισης τουλάχιστον). 

Εάν διατηρηθούν σωστά, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να διαχειριστούν χωρίς πάρα πολλή δυσκολία. Αντίθετα οι λιθίου-air μπαταρίες δεν μπορούν. Μετά από 40 χρόνια ανάπτυξης, η ζωή της επαναφορτιζόμενης μπαταρίας κυψελών λιθίου-air τείνουν να θεωρούνται οι καλύτερες εφόσον αφορά μερικές εκατοντάδες, αντί για πολλές χιλιάδες κύκλους φόρτισης.

Η τεχνολογία έχει ακόμη κάνει δυνατή τη χρήση θαλασσινού νερού αντί του αέρα ως πηγή οξυγόνου-όπως τα βράγχια ενός ψαριού. Με το βλέμμα στραμμένο στη θαλάσσια αγορά, η PolyPlus έχει ήδη κατασκευάσει μια μπαταρία λιθίου για θαλασσινό νερό που βγάζει 1.300 wattώρες ανά χιλιόγραμμο-τρεις φορές περισσότερο από ό, τι το θεωρητικό μέγιστο της ιόντων λιθίου. Ο μακροπρόθεσμος στόχος της εταιρείας είναι να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνογνωσία για να προωθήσει τη δική της κυψέλη λιθίου-αέρα. Οι πρώτες εμπορικές εφαρμογές της PolyPlus που προορίζονται για ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Αργότερα, όταν ο αριθμός των κύκλων επαναφόρτισης είναι αρκετά υψηλός, το σχέδιο είναι να αντιμετωπιστεί και το ηλεκτρικό όχημα της αγοράς. 

Η PolyPlus δεν θα είναι μόνη της. Τον περασμένο μήνα, η Toyota συμφώνησε να μοιραστεί την τεχνογνωσία μπαταριών με την BMW, σε αντάλλαγμα για μια σταθερή προμήθεια σύγχρονων πετρελαιοκινητήρων από το 2014 και μετά. Η συνεργασία περιλαμβάνει την ανάπτυξη μιας προηγμένης μπαταρίας λιθίου-αέρα, καθώς και μια νέα κυψέλη καυσίμου για τα οχήματα Toyota που σχεδιάζει να ξεκινήσει τις πωλήσεις το 2015.

Εν τω μεταξύ, η IBM, η οποία ξεκίνησε το 2009 στο Almaden έρευνα της εταιρείας στο εργαστήριο στο Σαν Χοσέ, Καλιφόρνια, έχει ως στόχο να αναπτύξει μπαταρία λιθίου-air ικανή να προωθεί ένα αυτοκίνητο 500 μίλια με μία μόνο φόρτιση. Όπως η PolyPlus, μεγάλο μέρος της έρευνας έχει επικεντρωθεί στην εξεύρεση του πλέον κατάλληλου ηλεκτρολύτη και την ανάπτυξη μιας μεμβράνης που θα μπορεί να φιλτράρει καθαρό, στεγνό οξυγόνο από την ατμόσφαιρα. 

Η IBM δεν το κάνει αυτό από περιέργεια. Όπως και όλοι οι άλλοι, πιστεύει ότι πραγματικά θα υπάρξει μια σοβαρή μεγάλη αγορά για προηγμένες μπαταρίες αυτοκίνησης από τη στιγμή που θα έχουν την πυκνότητα αποθήκευσης της βενζίνη και θα είναι σε θέση να παρέχουν ενέργεια για χρόνια χωρίς προβλήματα. Πότε θα γίνει αυτό; Θεωρείται ότι θα είναι στις αρχές της επόμενης δεκαετίας.

Πηγή, the economist.com

Απόδοση, Δ. Γιάκας