Viewpoint: Η φυλή είναι για να αποτρέψει μια κρίση τροφοδοσίας μπαταρίας EV
Η μειωμένη διαθεσιμότητα αυτών των πολύ απαραίτητων πρώτων υλών, σε συνδυασμό με την αυξανόμενη ανησυχία για τους γεωπολιτικούς και μερικές φορές τους κινδύνους φήμης που συνδέονται με την προμήθεια τους από ορυχεία σε χώρες που αντιμετωπίζουν κοινωνικοοικονομικές και περιβαλλοντικές προκλήσεις, οδηγεί στην αναζήτηση εναλλακτικών χημικών μπαταριών.
Ενώ το λίθιο είναι ευρέως διαθέσιμο στην κρούστα της Γης, η πρόσφατη παγκόσμια ώθηση στην παραγωγή ηλεκτρικού οχήματος μπαταρίας (BEV) έχει προκαλέσει ζήτηση για την αύξηση της πρώτης ύλης και οι τιμές έχουν αυξηθεί εκθετικά. Το 2015, μόνο το 30% της ζήτησης λιθίου ήταν για μπαταρίες, αλλά μέχρι το 2030, αυτό αναμένεται να αυξηθεί στο 95%.
Μια έκθεση που δημοσιεύθηκε πρόσφατα από το Advanced Propulsion Center UK κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα μέτριο παγκόσμιο έλλειμμα λιθίου είναι πιθανό το 2025, σημαντικά διεύρυνση μέχρι το 2030. Εάν τα σημερινά ορυχεία δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν στην παγκόσμια ζήτηση, τότε οι κατασκευαστές μπαταριών δεν θα είναι σε θέση να προμηθεύουν το λίθιο Χρειάζονται, ενδεχομένως να σταματήσουν την παραγωγή BEV και να εμποδίσουν να ικανοποιηθούν οι στόχοι εκπομπών καθαρού μηδενικού. Η δημιουργία νέων ορυχείων είναι μια επιλογή, αλλά αυτό θα χρειαζόταν χρόνια.
Η προμήθεια λιθίου δεν είναι το μόνο πρόβλημα, το νικέλιο και το κοβάλτιο είναι επίσης ελλιπείς. Τα ζητήματα που περιβάλλουν τις πρακτικές που χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή αυτών των συγκεκριμένων ορυκτών αποτελούν επίσης σημαντικό θέμα για τους κατασκευαστές αυτοκινήτων. Η Tesla ανέθεσε πρόσφατα τη στρατηγική της για την προμήθεια ορυκτών απευθείας από τα ορυχεία σε μια προσπάθεια να εξασφαλίσει προμήθειες και να παρακολουθεί προσεκτικά την ποιότητα και τα ηθικά πρότυπα.
Η ΔΙΑΔΡΟΜΗ
Σε έναν αγώνα για να αποτρέψει μια κρίση εφοδιασμού στη διαδρομή προς την ηλεκτροκίνηση, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων διερευνούν το δυναμικό των εναλλακτικών χημικών μπαταριών. Το Tesla χρησιμοποιεί μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) για το μοντέλο 3 και άλλες τυποποιημένες περιοχές. Ενώ οι μπαταρίες LFP έχουν χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, τα χαρακτηριστικά φόρτισης και ασφάλειας είναι καλύτερα από τους ομολόγους τους με βάση το νικέλιο και επωφελούνται από μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Άλλα χημεία μπαταριών που βρίσκονται σήμερα υπό ανάπτυξη περιλαμβάνουν μπαταρίες graphene, οι οποίες θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν την ανάγκη για μπαταρίες ιόντων λιθίου στο μέλλον. Για τους κατασκευαστές μπαταριών, το graphene έχει αρκετά πλεονεκτήματα έναντι των υφιστάμενων χημικών ιόντων λιθίου, συμπεριλαμβανομένων ταχύτερων χρόνων επαναφόρτισης, περισσότερης αντίστασης στη φθορά, βελτιωμένη ασφάλεια και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Το κύριο μειονέκτημα είναι σήμερα το κόστος, αν και αυτό θα μπορούσε να μειωθεί στο μέλλον. Ο κινεζικός κατασκευαστής αυτοκινήτων, GAC, ήταν η πρώτη στην αγορά με μια μπαταρία graphene στο ηλεκτρικό SUV, το Aion V, το οποίο κυκλοφόρησε πέρυσι.
Οι μπαταρίες All-Solid-State (ASSBs) είναι επίσης το επίκεντρο μιας μεγάλης δραστηριότητας καινοτομίας και η δραστηριότητα αρχειοθέτησης των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας είναι έντονη. Αυτή η περιοχή της Ε & Α έχει περιγραφεί ως το «Άγιο Δισκοπότηρο» για τους κατασκευαστές μπαταριών EV, τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα, λόγω του δυναμικού της να διπλασιάσει την ενεργειακή πυκνότητα μιας τυπικής μπαταρίας ιόντων λιθίου. Η τεχνολογία περιλαμβάνει την αντικατάσταση του υγρού ηλεκτρολύτη με στερεό ηλεκτρολύτη, ο οποίος ενώ βαρύτερο θα μπορούσε να αυξήσει την απόδοση της μπαταρίας και, κυρίως για τον αυτοκινητιστή, να αυξήσει το εύρος οδήγησης.
Οι γίγαντες αρχειοθέτησης διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας λιθίου όπως η Samsung, η Panasonic, η LG και η Toyota δραστηριοποιούνται σε αυτόν τον τομέα και αναμένεται να συνεχίσουν να οδηγούν προς τα εμπρός καινοτομία στερεάς κατάστασης. Ειδικότερα, η Toyota φαίνεται να αγκαλιάζει την τεχνολογία στερεάς κατάστασης και ήταν υπεύθυνος για την κατάθεση περίπου 15% όλων των αιτήσεων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας που σχετίζονται με την τεχνολογία στερεάς κατάστασης στο Ευρωπαϊκό Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας (EPO) κατά την περίοδο 2014 - 2018. Μόλις λίγα χρόνια μακριά, και οι περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων εργάζονται ήδη με τους Tech Partners για να αναπτύξουν αυτήν την τεχνολογία.
Παρόλο που δεν έχει ακόμη διατεθεί εμπορευματοποίηση, ένας άλλος δρομέας στον αγώνα για να αποτρέψει μια κρίση τροφοδοσίας μπαταρίας EV είναι η τεχνολογία ιόντων νατρίου. Παρά το γεγονός ότι είναι παρόμοιες στην κατασκευή με μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι μπαταρίες ιόντων νατρίου είναι δυνητικά πιο φιλικές προς το περιβάλλον, καθώς χρησιμοποιούν κυρίως χλωριούχο νάτριο, το οποίο είναι άφθονο στον ωκεανό και είναι σχετικά εύκολο να έχει πρόσβαση. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, δεν εξαρτώνται από το νικέλιο, το κοβάλτιο και το μαγγάνιο και, αντίθετα, χρησιμοποιούν ευρέως διαθέσιμα υλικά όπως το Prussian Blue, ένα αλάτι σιδηροκυανίδης που χρησιμοποιείται συχνότερα ως χρωστική ουσία στο χρώμα. Η Tech Company, Natron, έχει αναπτύξει μια σειρά από τεχνολογίες μπαταριών ιόντων νατρίου και θα ξεκινήσει μαζική παραγωγή του εμπορικού προϊόντος της το 2023.
Ταχύς
Ο αγώνας προς τις ΗΕ είναι η μεγαλύτερη και ταχεία αλλαγή που έχει δει ποτέ η αυτοκινητοβιομηχανία και το επίπεδο της δραστηριότητας καινοτομίας που στοχεύει στην εξεύρεση νέων χημικών μπαταριών είναι πρωτοφανές.
Τα δεδομένα που δημοσιεύονται από το EPO επιβεβαιώνουν ότι οι καταθέσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας για εφευρέσεις χημείας μη λιθίου αυξάνονται σταθερά. Παραμένει ασαφές ποια τεχνολογία θα κυριαρχήσει στο μέλλον, αλλά ο νικητής είναι πιθανό να είναι αυτός που είναι σε θέση να αποτρέψει μια κρίση εφοδιασμού ενώ παράλληλα παρέχει μια πιο βιώσιμη λύση που δίνει στους αυτοκινητιστές την απόδοση που αναμένουν.
Ο Ben Palmer είναι εταίρος και δικηγόρος διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στην ευρωπαϊκή εταιρεία πνευματικής ιδιοκτησίας, Withers & Rogers. Έχει εξειδικευμένη γνώση των τεχνολογιών μπαταριών και της βιομηχανίας EV.