Elektromobilių bumas verčia keisti baterijų gamybą: revoliucijai reikia naujų sprendimų, ką siūlo mokslas?

Skaičiuojama, kad iki 2030 metų ličio jonų elementų paklausa viršys 2500 gigavatvalandžių, o tai prilygsta daugiau nei 142 milijonų elektromobilių poreikiui. Tai mastai, verčiantys pramonę ieškoti naujų, efektyvesnių ir draugiškesnių aplinkai sprendimų, nes dabartinės technologijos nebeatitinka reikalavimų. 

Tradiciniai akumuliatorių gamybos procesai yra brangūs, energijai imlūs ir priklausomi nuo kenksmingų cheminių medžiagų. Elektrodų gamyboje naudojami džiovinimo, maišymo ir formavimo etapai sudaro trečdalį visos gamybos kainos ir daugiau nei pusę energijos sąnaudų. 

Tai reiškia, kad kiekvienas pagamintas akumuliatorius palieka didelį anglies dvideginio pėdsaką. Todėl mokslininkai intensyviai ieško alternatyvių metodų, kurie leistų mažinti išlaidas, sutrumpinti gamybos laiką ir sumažinti neigiamą poveikį aplinkai.

Keturi pažangūs keliai

Tarp siūlomų naujovių išsiskiria keturios technologinės kryptys. Viena jų yra radiacinis kietinimas, leidžiantis sumažinti energijos sąnaudas net 65 procentais ir sumažinti gamyklų užimamą plotą daugiau nei aštuoniasdešimt procentų. 

Vietoje įprastų krosnių naudojamas ultravioletinių spindulių arba elektronų pluošto poveikis, kuris leidžia pasiekti itin greitą gamybos tempą, siekiantį beveik 170 metrų per minutę. Kita kryptis, tai patobulintas gamybos procesas naudojant vandenį vietoje toksiškų tirpiklių. Energijos sutaupymas siekia ketvirtadalį, kas pasauliniu mastu reiškia labai didelę naudą. 

Trečioji kryptis yra 3D spausdinimas, suteikiantis neribotą dizaino laisvę ir galimybę kurti itin sudėtingos formos elektrodus, beveik nepaliekant atliekų. Tačiau kol kas ši technologija išlieka per lėta ir brangi masinei gamybai.

Labiausiai pramonei priimtinas sprendimas atrodo sausasis perdirbimas. Ši technologija leidžia visiškai atsisakyti tirpiklių bei energijai imlaus džiovinimo. Ji sumažina gamybos išlaidas vienuolika procentų, o energijos poreikį beveik perpus. 

Be to, tokiu būdu pagamintos elektrodo plokštelės pasižymi geresnėmis savybėmis, tai jų talpa didesnė penktadaliu, mechaninis atsparumas išauga perpus, o vidinė varža sumažėja beveik iki pusės. Skaičiuojama, kad iki 2030 metų tai leistų sumažinti anglies dvideginio emisijas daugiau nei keturiais milijonais tonų kasmet.

Dirbtinis intelektas gamyboje

Be šių technologijų, gamybos procesus pradeda keisti ir dirbtinio intelekto taikymas. Mokslininkai analizuoja galimybes, kaip mašininis mokymasis gali optimizuoti gamybą, numatyti naujų medžiagų savybes ir net pakeisti laikui imlius eksperimentus. 

Skaičiuojama, kad algoritmai gali atnešti daugiau nei pusės milijardo dolerių sutaupymą kasmet, leisdami geriau valdyti gamybos našumą ir atlikti prevencinę įrangos priežiūrą. Didžiausias iššūkis šiuo metu yra ne technologija, o duomenų prieinamumas, nes dirbtiniam intelektui reikia milžiniškų informacijos kiekių.

Kas laukia ateityje?

Kol kas dar nėra vienos technologijos, kuri iš karto pakeistų visą pramonę. Greičiausiai bus taikomas skirtingų sprendimų derinys, tai radiacinis kietinimas masinei gamybai, 3D spausdinimas specializuotiems poreikiams, o sausasis perdirbimas gali tapti naujuoju standartu. 

Bet kuriuo atveju aišku, kad dabartinė praktika, paremta toksiškais tirpikliais ir energijai imliais procesais, turi pasikeisti. Artimiausi metai parodys, kurie iš šių sprendimų taps dominuojantys. 

Nors optimizmo netrūksta, būtina prisiminti, kad pramonėje naujų technologijų įgyvendinimas dažnai užtrunka. Tačiau viena aišku, kad pasauliui reikia daugiau akumuliatorių, ir jų gamyba turi būti tiek ekologiškesnė, tiek pigesnė. Tik taip elektromobilių ateitis taps prieinama ir tvari.