Καθώς η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων (EV) αυξάνεται παγκοσμίως, οι επιστήμονες έχουν εκφράσει ανησυχίες για την απόδοση των μπαταριών τους σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και για τον πιθανό αντίκτυπο της κλιματικής αλλαγής στη χρήσιμη διάρκεια ζωής τους. Ωστόσο, μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε αυτόν τον μήνα από ερευνητές στην Κίνα και τις ΗΠΑ διαπίστωσε ότι σημαντικές εξελίξεις στις τεχνολογίες μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων θα μετριάσουν τις επιπτώσεις της μελλοντικής υπερθέρμανσης.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα προηγμένο μοντέλο για να μελετήσουν τον αντίκτυπο της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής και της υποβάθμισης των μπαταριών EV σε 300 πόλεις παγκοσμίως. “Η μελέτη μας καταδεικνύει ότι οι τεχνολογικές βελτιώσεις στις μπαταρίες έχουν σε μεγάλο βαθμό αντισταθμίσει τις μελλοντικές αρνητικές επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη στη διάρκεια ζωής των μπαταριών”, ανέφερε η ομάδα σε δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Nature Climate Change.
Ειδικότερα, οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου και το Πανεπιστήμιο Zhejiang ανακάλυψαν ότι μια αύξηση 2 βαθμών Κελσίου στην παγκόσμια θερμοκρασία θα οδηγούσε κατά μέσο όρο σε μείωση 8% στη διάρκεια ζωής των παλαιότερων μπαταριών, με μέγιστη μείωση 30%. Για τις νέες μπαταρίες που κυκλοφορούν στην αγορά από το 2019, η ίδια αύξηση της θερμοκρασίας αναμένεται να προκαλέσει μέση μείωση διάρκειας ζωής 3%, με μέγιστη πτώση 10%.
Ο Wu Haochi, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε ότι οι σημαντικές βελτιώσεις στις σύγχρονες εμπορικές μπαταρίες δεν οφείλονται μόνο σε μεμονωμένες καινοτομίες, αλλά σε μια “ολόκληρη μηχανική προσπάθεια”, που περιλαμβάνει βελτιώσεις στα εξαρτήματα, τα υλικά των ηλεκτροδίων, τους ηλεκτρολύτες και τη συνολική διαδικασία κατασκευής.
Η υιοθέτηση ηλεκτρικών οχημάτων έχει αυξηθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της επέκτασης της εγχώριας ζήτησης και των εξαγωγών της Κίνας. Τα EV αντιπροσώπευαν μόλις το 3% των νέων πωλήσεων αυτοκινήτων το 2019, ενώ το 2023 έφτασαν το 18%. Η απαλλαγή από τους ρύπους στις μεταφορές και η διαφοροποίηση από τα ορυκτά καύσιμα είναι πλέον ολοένα και πιο επιθυμητές, ειδικά εν μέσω των γεωπολιτικών εντάσεων που αναδεικνύουν την ευπάθεια των παγκόσμιων προμηθειών πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Μελέτες έχουν δείξει ότι η απόδοση και η μακροζωία των τεχνολογιών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών EV και των ηλιακών πάνελ, μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά από ακραίες θερμοκρασίες. Συγκεκριμένα, οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν χημική καταπόνηση και ανεπιθύμητες αντιδράσεις στις μπαταρίες, επιταχύνοντας τόσο τη “φυσική γήρανση” (degradation μετά την κατασκευή) όσο και τη “γηράνση από φόρτιση-εκφόρτιση” (usage degradation).
“Καθώς η κλιματική αλλαγή αυξάνει τις θερμοκρασίες και τη συχνότητα των ακραίων καυσώνων, η γήρανση μπορεί να επιταχυνθεί με μεγαλύτερη έκθεση στη θερμότητα, αλλά και να επιβραδυνθεί με λιγότερη έκθεση στο ακραίο κρύο”, σημείωσε η ομάδα. Ωστόσο, η υπάρχουσα έρευνα δεν είχε ποσοτικοποιήσει τις επιπτώσεις της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής στην απόδοση και τη διάρκεια ζωής των μπαταριών, κάτι που αποτελεί ανησυχία για κατασκευαστές και καταναλωτές.
Για να εξετάσουν αυτό το φαινόμενο, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που συνδυάζει προσομοιώσεις EV και μοντέλα υποβάθμισης με δεδομένα κλιματικών αλλαγών υψηλής ανάλυσης. “Δημιουργήσαμε ένα πραγματικά ολοκληρωμένο αναλυτικό πλαίσιο που προσομοιώνει ολόκληρο τον κύκλο ζωής μιας μπαταρίας EV σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα”, δήλωσε ο Wu.
Χρησιμοποιώντας το Tesla Model 3 ως αντιπρόσωπο για τις μπαταρίες υψηλότερης κατηγορίας και το Nissan Leaf S για τις χαμηλότερης, η ομάδα μοντελοποίησε τυπικά πρότυπα οδήγησης, βασισμένα σε μια εκτενή μελέτη συμπεριφοράς οδήγησης στη Γερμανία. “Συνήθως, οι άνθρωποι οδηγούν κατά τη διάρκεια της ημέρας και επιστρέφουν σπίτι για να φορτίσουν τη νύχτα”, εξήγησε ο Wu, προσθέτοντας ότι μπορεί να γίνει και ταχεία φόρτιση σε δημόσιους σταθμούς. Επίσης, μοντελοποιήθηκαν συστήματα διαχείρισης θερμότητας μπαταρίας που μπορούν να θερμάνουν ή να ψύξουν ενεργά τα στοιχεία της μπαταρίας.
Συγκρίνοντας παλαιότερες μπαταρίες (αγοράς 2010-2018) με νέες (αγοράς 2019-2023) και βασιζόμενοι σε ιστορικά κλιματικά πρότυπα, διαπίστωσαν ότι η μέση διάρκεια ζωής των μπαταριών κυμαινόταν από περίπου 15 έως 17 χρόνια. Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία μπαταριών μπόρεσαν να αντισταθμίσουν τις επιπτώσεις της μελλοντικής υπερθέρμανσης, ακόμη και με αύξηση 4 βαθμών Κελσίου. Σε αυτή την περίπτωση, η μέση διάρκεια ζωής για τις παλαιότερες μπαταρίες μειώθηκε στα 12 χρόνια, ενώ για τις νέες παρέμεινε στα 17 χρόνια.
Η ομάδα εντόπισε επίσης περιφερειακές ανισότητες στις επιπτώσεις, καθώς οι μπαταρίες σε θερμότερα κλίματα παρουσίαζαν ήδη μεγαλύτερες μειώσεις στη διάρκεια ζωής τους. Ωστόσο, οι επιπτώσεις της υπερθέρμανσης που προκαλεί η κλιματική αλλαγή σε αυτές τις περιοχές θα μπορούσαν να μετριαστούν από τη νέα τεχνολογία μπαταριών.
Ο Wu σημείωσε ότι το προτεινόμενο πλαίσιο της ομάδας γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ των κλιματικών δεδομένων και των πρακτικών μηχανικής στον πραγματικό κόσμο, μια ολοκλήρωση που συχνά απουσιάζει από τις τρέχουσες κλιματικές προβλέψεις. Τόνισε ότι η ερευνητική κοινότητα θα πρέπει να εστιάσει σε παρόμοιες ολοκληρωμένες μεθοδολογικές συνεισφορές που αντικατοπτρίζουν καλύτερα την καθημερινή ζωή.
