הסוללה שיכולה
חברת פינרג'י הישראלית פיתחה טכנולוגיית סוללה שתאריך את טווח הנסיעה של מכוניות חשמליות
מכוניות חשמליות מוגבלות כיום בדרך כלל לטווח נסיעה קצר יחסית, ביחס למכוניות בעלות מנועי בנזין. חברת פינרג'י (Phinergy) הישראלית פיתחה טכנולוגיית סוללה חדשה, אשר תאפשר הארכה משמעותית של טווח הנסיעה של מכוניות חשמליות ותצמצם את עלויות הרכב החשמלי.
ערכנו ראיון עם דקל צידון, סמנכ"ל פיתוח בחברת פינרג'י, כדי ללמוד מעט על הטכנולוגיה החדשנית.
מתי הוקמה חברת פינרג'י, ומי האנשים המרכזיים העומדים מאחוריה?
"אביב צידון ואני הקמנו את פינרג'י בשנת 2008 על בסיס טכנולוגיה שפיתוחה התחיל באוניברסיטת בר־אילן במעבדה של פרופ' אריה צבן, שבה עבד ד"ר אריק חסין. ד"ר חסין, שהמציא את פטנט הקטליסט החדשני עם פרופ' צבן, עבר לפינרג'י והוא היום המדען הראשי של החברה. אביב צידון, מייסד ומנכ"ל החברה, הוא יזם שניהל בהצלחה כמה חברות, בהן חברת BVR. אני סמנכ"ל הפיתוח של החברה עם ניסיון ניהול צוותי מו"פ ופיתוח קניין רוחני בכמה חברות היי־טק. מ־2008 ועד 2013 עבדנו בפינרג'י "מתחת לרדאר", בפיתוח סוללות אלומיניום־אוויר ואבץ־אוויר. המטרה הייתה להגיע לשלב של הוכחת טכנולוגיה ולהדגמתה על רכב חשמלי לפני שהחברה תתפרסם. המטרה הושגה כבר בסוף 2012, וב־2013 נבחרנו על ידי משרד ראש הממשלה כדי להציג את הטכנולוגיה שלנו לנשיא אובמה במהלך ביקורו בישראל. ב־2013 חתמנו על הסכם שיתוף פעולה עם חברת האלומיניום הגדולה בעולם, אלקואה, והתחלנו לעבוד עם יצרן רכב אירופאי לקראת תוכנית רכב חשמלי סידרתי (בייצור המוני) שיכלול סוללת אלומיניום־אוויר".
מהיכן עלה הרעיון לטכנולוגיה שפיתחתם?
"טכנולוגית סוללות מתכת אוויר מוכרת בעולם יותר מ־100 שנה. לפני כ־20 שנה הנושא היה בשיא הפופולריות שלו וחברות רבות השקיעו הרבה כסף ומאמצים לפרוץ את המכשולים הטכנולוגיים, אך ללא הצלחה. לפני כשש שנים נפגשנו אביב צידון ואני עם פרופסורים באוניברסיטת בר־אילן אשר הציגו בפנינו פיתוח טכנולוגי של קטליסט כסף ייחודי מפליא ביכולותיו ובעל תכונות פעילות של ננו־חומרים. האוניברסיטה חיפשה משקיעים שירכשו את הפיתוח וימשיכו את המחקר במסגרת מסחרית. אף שהרקע המקצועי שלנו אינו מתחום הכימיה, המחשבה שנתקלנו בדבר שיכול להביא לפתרון בעיה שנחשבה בלתי פתירה הלהיבה אותנו מאוד. לכן החלטנו לרכוש את הפטנט ולצרף את הממציא, ד"ר אריק חסין, לצוות ההקמה של החברה – ולפתח סוללות מתכת־אוויר. הקטליסט הייחודי הביא לפתרון הבעיה הבסיסית שבה נתקלו המחקרים הקודמים (ירידת הביצועים של אלקטרודת־האוויר תוך זמן קצר) לפני 20 שנה – זאת הודות לתכונותיו המיוחדות, שאי אפשר היה לפתח בטכנולוגיות שהיו מוכּרות אז. הסרת אבן הנגף העיקרית של הטכנולוגיה חשפה מגוון בעיות אחרות, שאיש לא נדרש להתמודד איתן לפני כן. צוות הפיתוח בחברת פינרג'י פתר בעיות רבות מסוג זה, החל בתחום האלקטרו־כימיה וכלה בבעיות הנדסת מערכת".
מה היא סוללת מתכת־אוויר וכיצד היא פועלת?
"סוללת מתכת־אוויר היא סוללה שמפיקה אנרגיה מהתגובה הכימית בין מתכת, מים והחמצן מהאוויר החופשי. בעוד האלומיניום והמים נמצאים בתוך הסוללה, החמצן מגיע אל הסוללה דרך אלקטרודת אוויר, המשמשת כמעין ריאה מלאכותית לספיגתו מהאוויר. בסוללות רגילות (סוללות שאינן מתכת־אוויר), החמצן נמצא בתוך הסוללה כחלק מהקתודה שלה, ולא נספג מהאוויר החופשי. קתודה זו מהווה כ־70% ממשקל הסוללה. לפיכך, סילוקה של הקתודה והחלפתה באלקטרודת האוויר חוסכת חלק ניכר ממשקל הסוללה, והתוצאה היא סוללה עם צפיפות אנרגיה למשקל גבוהה משמעותית מזו של סוללות רגילות. פינרג'י מתמקדת בפיתוח של סוללות אלומיניום־אוויר ואבץ־אוויר. אלומיניום היא המתכת הנפוצה בכדור הארץ והיא עשירה מאוד באנרגיה (יחס של 8 kWh/kg)".
צילום: שאטרסטוק
מה מיוחד בסוללת המתכת אוויר שפיתחתם, ומה הייחוד שלה ביחס לפיתוחים דומים שנעשו עד כה בתחום ברחבי העולם?
"עיקר הבעיות של סוללות מתכת האוויר בעבר היו קשורות לאלקטרודת־אוויר שהתבססה על מבנה פחם מועשר בחומר פעיל (קטליטי). מבנה זה אכן ביצע את הפעילות האלקטרוכימית הנדרשת, אולם לא היה יציב לאורך זמן בתנאי העבודה של הסוללה. התוצאה הייתה הרס של אלקטרודת האוויר לאחר כמה שעות, הן על ידי סתימת מעברי האוויר והן על ידי פגיעה מבנית שהובילה לדליפות מן הסוללה. אלקטרודת האוויר של פינרג'י, המבוססת על קטליסט שפותח בבר־אילן, היא בעלת מבנה יציב בהרבה מהטכנולוגיות הוותיקות, והיא מאפשרת פעילות ממושכת של הסוללה ללא כל פגיעה בביצועים לאורך זמן. צליחת מחסום אלקטרודת האוויר אפשרה לצוות החוקרים שלנו להתמקד בפיתוח מישורים נוספים של סוללת האלומיניום־אוויר, כגון שליטה קפדנית בתהליכים האלקטרוכימיים בזמן פעולת הסוללה והנדסת מערכת המאפשרת ביצועים גבוהים".
מה היישומים האפשריים של הטכנולוגיה?
"השימושים העתידיים של חשמל המופק מאלומיניום רבים מאוד. תחום התחבורה הוא המוכר והאינטואיטיבי ביותר, אבל תחומים של אנרגיית חירום, אשר יכולה להיות במצב המתנה בלתי מוגבל, ובכל תנאי מזג אוויר, בלי לאבד את יכולותיה או את כמות האנרגיה האצורה בה – הם ייחודיים לאלומיניום, וכך גם גנרטור אשר פליטת הרעש והפחמן הדו חמצני שלו היא אפס, ויכול להימצא בכל חדר בכל קומה. טכנולוגיית ליתיום־יון חזקה בהספק, בעוד טכנולוגיית אלומיניום־אוויר חזקה באנרגיה. בתחום התחבורה, הטכנולוגיות משלימות זו את זו למערכת עם ביצועי הספק אנרגיה טובים יותר".
כיצד אמורה הסוללה החדשה להשתלב באמצעי תחבורה קיימים?
"סוללות אלומיניום־אוויר מהוות פתרון להארכת הטווח של מכוניות חשמליות. ביישום זה אנו מאמינים כי הפתרון הנכון הוא לשלב סוללת ליתיום־יון כסוללה המספקת את הטווח היומיומי של הרכב, וסוללת אלומיניום־אוויר כמאריך טווח. הסטטיסטיקה מראה ש־90 אחוז מהנהגים נוהגים בממוצע 50 ק"מ ליום, ושרק 10־20 אחוז מהנסיעות שלהם הם מעל הטווח הזה. עם זאת, כשהם נוסעים מעל הממוצע היומי שלהם, הטווח יכול להיות עד פי עשרה יותר. לכן רכבים חשמליים חייבים פתרון מאריך טווח כדי לספק את רצון הנהגים ולהקנות להם הרגשת חופש. כיום, רוב הרכבים החשמליים מבוססים על סוללת ליתיום־יון ששוקלת כ־300 ק"ג ומספיקה לטווח של עד 150 ק"מ. אנחנו מציעים להקטין את הסוללת ליתיום־יון לכשליש מהמשקל, מה שיספק את הטווח היומי של הרכב ואת ההספק הנדרש. המקום שהתפנה ישמש לסוללת אלומיניום־אוויר המיועדת לנסיעות שמעל הממוצע היומי, כך שאם כ־20 אחוז מהנסיעות של נהג יהיו באורך שגבוה מהממוצע היומי שלו, הוא יחדש את מלאי האלומיניום רק פעם בשנה, כשהוא הולך למוסך לבדיקה שגרתית".
מהו טווח הנסיעה בין הטענה להטענה?
"הטווח תלוי בכמות האלומיניום הנמצא ברכב ובגודל מכל המים, וזאת החלטה של יצרן הרכב על פי פרופיל השימוש של הלקוח. ברכב ההדגמה של פינרג'י יש כ־25 ק"ג אלומיניום המספקים כ־1,000 ק"מ טווח. מכיוון שאין צורך לסחוב את כל המים הנדרשים לשחרור האנרגיה מהאלומיניום שברכב, מכל המים הנמצא ברכב ההדגמה מספיק לכ־350 ק"מ, ואחרי תדלוק מים קצר הרכב יכול לנסוע כ־350 ק"מ נוספים, וכך הלאה עד שנגמר האלומיניום. נסיעה כזאת הודגמה על ידי רכב ההדגמה של פינרג'י".
מה העלות של המערכת?
"סוללת אלומיניום־אוויר יותר זולה מסוללת ליתיום־יון; כיוון שאנחנו מקטינים את הליתיום־יון הנמצא ברכב חשמלי רגיל ושמים במקום שהתפנה סוללת אלומיניום־אוויר, אנחנו מוזילים את המערכת הכוללת. המטרה היא שהמחיר של הרכב החשמלי יהיה דומה לזה של רכב בנזין".
לאיזה טווח נסיעה מספיקה המערכת לפני שיש צורך להחליפה?
"טווח הנסיעה של רכב, והצורך בהוספת אנרגיה, מותנים במידה רבה באופי הפתרון שבוחר יצרן הרכב. גם ברכב עם מנוע בערה פנימית אפשר להתקין מכל דלק של 30 ליטר, או מכל של 60 ליטר. טווח הנסיעה בין תדלוקים יהיה, כמובן, שונה מאוד. הפתרון שבעינינו הוא ההולם ביותר הוא להתקין סוללת אלומיניום אשר תכולת האנרגיה שלה מספיקה לכ־20 אחוז מצריכת האנרגיה השנתית של הרכב. הנהג יטעין מדי יום (או לילה) את סוללת הליתיום ויצרוך אנרגיה מסוללת האלומיניום רק אם ייסע למרחק ארוך מהממוצע היומי שלו. בתנאים אלו יהיה צורך להוסיף מים לאחר שימוש בסוללת האלומיניום־אוויר בטווח כולל של כ־400 ק"מ – כלומר מדי חודשיים־שלושה. יהיה צורך להחליף את פלטות האלומיניום אחת לשנה, במועד הטיפול השנתי ברכב. החלפת האלומיניום תיעשה במוסך מורשה של היצרן. אנו מעריכים כי העלות השולית של ק"מ נסיעה, בשימוש בסוללת אלומיניום, תהיה נמוכה יותר מעלות נסיעת ק"מ ברכב המונע במנוע בנזין".
היכן עומדת הטכנולוגיה כיום ואילו ניסויים כבר ביצעתם?
"הטכנולוגיה עברה את שלב ההוכחה. יש היום רכב הדגמה שנוסע על אנרגיה שמופקת מאלומיניום ונסע כבר אלפי קילומטרים, וגנרטור אשר מפיק חשמל מאלומיניום לצרכני חשמל מקומיים (מערכת נייחת). ההערכה היא שהמערכת תותקן בכלי רכב שיימכרו בשוק הרחב כבר ב־2017־2018, וביישומים נוספים כגון גנרטורים ומערכות הנעה של כלי רכב בהיקפים קטנים יותר (סירות, רכבי נופש כגון רכבי גולף וקלנועיות) קודם לכן".
מה התוכניות שלכם לעתיד?
"מעבר לתחום הרכב אנחנו מאמינים שטכנולוגיית האלומיניום־אוויר תוכל גם לספק פתרון יעיל, שקט, לא מזהם, ושאינו מצריך תחזוקה למערכות נייחות כגנרטור חירום. האלומיניום בטכנולוגיית האלומיניום־אוויר, משמש מקור אנרגיה חשמלי, ולמעשה מאפשר את העברת האנרגיה החשמלית ממקום שבו היא מיוצרת בזול ובצורה נקייה באמצעות מפלי מים (מקור האנרגיה המשמש בתהליך ייצור האלומיניום באלקטרוליזה של חברת אלקואה – ע"ג.) אל המקום שבו האנרגיה נדרשת (מרכז העיר). בראייה גלובלית, אנחנו רוצים להפוך אלומיניום לפתרון שמספק אנרגיה נקייה לכל מקום בעולם".