Endingarmiklar og öflugar fastkjarnarafhlöður sagðar vera rétt handan við hornið
Einn stærsti gallinn við lithium-ion bílarafhlöður og aðrar rafhlöður sömu gerðar er að í þeim er seigfljótandi vökvi sem við hraða hleðslu og afhleðslu getur hitnað mjög hratt og valdið íkveikju. Mjög erfitt er að slökkva í slíkum rafhlöðum ef í þeim kviknar. Því hafa vísindamenn reynt frá því um 1950 að finna leiðir til að búa til það sem kalla má fastkjarna-rafhlöður eða „solid-state“ rafhlöður og enn er beðið eftir alvöru lausn á málinu.
Í desember á síðasta ári sagðist bílaframleiðandinn Toyota vera að koma með lausn í rafhlöðumálunum sem leyst gæti núverandi Lithium-Ion rafhlöður af hólmi. Þá ekki bara fyrir bíla, heldur fyrir öll iðnaðartæki. Þær áttu að vera með föstum kjarna og þola mjög hraða hleðslu, eða frá 0-100% á 10 mínútum. Kostur fastkjarnarafhlaða er að þær eiga fræðilega að geta geymt mun meiri orku á stærðareiningu en Lithum-Ion rafhlöðurnar, eða 2 til 8 sinnum meiri orku. Þá er hitinn sem skapast við hleðslu á slíkum rafhlöðum sagður 70-80% minni. Þá eru fastkjarnarafhlöðurnar sagðar innihalda mun minna af eiturefnum en núverandi bílarafhlöður og hafa mun lengri endingartíma.
Toyota kynnir framtíðarlausn með nýjum jepplingi
Þessar rafhlöður voru sagðar koma fram á sjónarsviðið í frumgerð jepplings Toyota (e-TNGA platform) nú í byrjun árs 2021. Talað er um að framleiðsla á slíkum bíl ætti að geta hafist á árunum 2023 til 2024. Ef þetta er rétt, þá væri trúlega vel þess virði hjá þeim sem hyggjast festa kaup á rafbílum nú að bíða með slíka ákvörðun í tvö til þrjú ár.
Toyota hefur, samkvæmt umfjöllun Omaze, unnið að rannsóknum á fastkjarnarafhlöðum síðan 2012 eiga yfir 1.000 einkaleyfi er varða smíði á slíkum rafhlöðum. Það hefur líka hjálpað Toyota og örðum tæknifyrirtækjum að japönsk yfirvöld hafa lagt 19 milljarða dollara í þróun á vetnistækni og þróun á fastkjarnarafhlöðum.
Þegar er byrjað að byggja nauðsynlega innviði til framleiðslu á fastkjarnarafhlöðum Toyota. Þar mun fyrir tækið Mitsui Kinzoku sjá um framleiðslu á efnalausninni í rafhlöðurnar og mun framleiða tugi tonna af þeirri efnablöndu á ári frá og með næsta ári.
Ef ævintýrið með fastkjarnarafhlöður gengur upp með hraðvirkari hleðslu, mun meiri endingu og drægni, er nokkuð ljóst að bílar með núverandi rafhlöðubúnaði verða fljótt verðlitlir á eftirmarkaði.
Árið 2012 hefði fastkjarnabílarfahlaða kostað 12,6 milljarða stykkið
Allt hljómar þetta dásamlega, en það fylgir böggull þessu skammrifi. Framleiðslukostnaður á fatskjarnarafhlöðum er sagður gríðarlegur. Árið 2012 kostaði 100.000 dollara að framleiða eitt 20 amper-stunda fastkjarna-batterí. Rafmagnsbíll myndi þurfa einingu sem samsett væri úr 1.000 slíkum rafhlöðum. Sem sagt, miðað við kostnaðinn árið 2012 myndi slíkt stykki af slíkri rafhlöðu kosta 100 milljónir dollara, eða sem nemur um 12,6 milljörðum íslenskra króna. Dýr yrði þá druslan öll með fjórum hjólum. Greinilegt er að Toyota hefur tekist að yfirvinna þennan kostnaðarþátt fyrst nú er stefnt á fjöldaframleiðslu á næstu þrem árum eða svo.
Annar galli við fastkjarnarafhlöður líkt og Lithium-Ion rafhlöður er orkufall í miklum kulda. Eins hefur verið vandað við endingu. Ef Toyota hyggst fara í framleiðslu á fastkjarnarafhlöðum, þá má telja líklegt að búið sé að yfirvinna þessa galla, að öðrum kosti mætti búast við endalausum lögsóknum óánægðra kaupenda.
Þriðji vandinn er kristallamyndun á anóðum við hleðslu og afhleðslu í hefðbundnum rafhlöðum. Slík kristallamyndun eyðileggur rafhlöðurnar með tímanum. Vísindamenn hafa þó unnið að lausn á þessum vanda síðan 2018.
Volkswagen stefnir á framleiðslu fastkjarnarafhlaða 2025
Tveir aðrir bílaframleiðendur hafa lýst því yfir að þeir hyggjast nota fastkjarnarafhlöður í framtíðinni í sína bíla. Það eru Tesla og Volkswagen Group. Volkswagen segist ætla að hefja slíka framleiðslu 2025 í samstarfi við fyrirtækið QuantumScape. Síðastnefnda fyrirtækið segist þegar hafa yfirunnið öll helstu vandamál sem fylgt hafa framleiðslu á fastkjarnarafhlöðum. Reyndar hefur QuantumScape þegar sannað sitt mál með rafhlöðu sem hægt er að hlaða upp í 80% orkugetu á 15 mínútum. Fyrirtækið er búið að eyða 10 árum og 300 milljónum dollara í rannsóknir og þróunarvinnu vegna þessa. Þá endist rafhlaðan nærri þrefalt lengur en Lithium-Iona rafhlaða og dugar í allt að 800 hleðslur í stað ca 280. Örkuþéttni QuantumScape rafhlöðunnar er sögð um tvöföld á við bestu Lithium-Ion rafhlöðurnar.
