Die Batterie und die Evolution des Elektroautos

Bei Autos mit Verbrennungsmotor kommt die technologische Bedeutung aus dem Treibmittel und der Kraftstofftank ist zufällig genau das, ein Tank. Bei Autos mit Elektromotor passiert jedoch das Gegenteil; Sowohl die Architektur als auch der Betrieb eines Elektromotors ist sehr einfach und der größte technische Aufwand entfällt auf die Batterie.

Als 1996 die Kommerzialisierung des Fiat Seicento Elettra Es wurde als ökologisches Dienstprogramm verkauft, das eine Höchstgeschwindigkeit von hundert Kilometern pro Stunde erreichen kann. Hatte einen Autonomie von etwa hundert Kilometern und das Aufladen des Akkus dauerte etwa acht Stunden. Übrigens hatte dieses Nutzfahrzeug aufgrund der Batteriegröße nur zwei Sitze und aufgrund des Preises war seine kommerzielle Verbreitung kein großer Erfolg.

Wenn wir in die Gegenwart zurückgehen, könnte das ein aktuelles Konzeptfahrzeug ähnlich diesem Fiat sein Smart Fortwo Electric Drive. Dieses kleine Nutzfahrzeug hat eine Autonomie, die im realen Gebrauch der des kleinen Italieners mehr oder weniger ähnlich ist, und seine Ladezeit ist auch mehr oder weniger ähnlich, aber Vorsicht, nur wenn wir es an eine Steckdose des Grundnetzes von a anschließen Zuhause . Die technischen Fortschritte bei der Batterie haben es der Daimler-Konzernmarke ermöglicht, die Möglichkeit anzubieten, spezielle Ladegeräte (WallBox) zu installieren, die zum Laden der Batterie geeignet sind achtzig Prozent der Batterie in etwas mehr als fünfundvierzig Minuten.

Grundkonzept einer Batterie

die Batterie eben sammelt den Strom, der später vom Elektromotor verbraucht wird. Sein Zweck ähnelt dem eines Kraftstofftanks, aber seine Architektur und sein Betrieb könnten nicht komplexer sein.

Ohne auf Definitionen und/oder chemische Prozesse vertiefen zu wollen, basiert die Funktionsweise einer Batterie auf der Erzeugung von Elektronen aus kontrollierten chemischen Reaktionen. Ich kann mir vorstellen, dass sich viele von Ihnen noch an das Periodensystem, die Anzahl der Elektronen in der letzten Schale und die Stabilität der nach einer Reaktion gebildeten chemischen Verbindungen erinnern. Nun, im Fall einer Batterie begünstigt die chemische Reaktion, die im Inneren auftritt, a Übertragung von Elektronen vom Minuspol zum Pluspol.

Eine Batterie kann bestehen aus a variable Anzahl von Zellen, kleine Gefäße, in denen die Elektroden in den Elektrolyten eintauchen.

• Elektrode: elektrischer Stromleiter, der mit dem Elektrolyten und mit der Außenseite der Zelle in Kontakt steht. Es kann positives Vorzeichen (Anode) oder negatives Vorzeichen (Kathode) sein.
• Elektrolyt: jeder Stoff, der durch Einwirkung von elektrischem Strom zersetzt werden kann (Elektrolyse).

Um ein sehr einfaches Beispiel zu nennen: In einer klassischen Blei-Säure-Batterie besteht eine Elektrode aus reinem Blei (Pb), die andere aus Bleidioxid (PbO).₂) und der Elektrolyt ist Schwefelsäure (H₂SO₄) in Wasser gelöst (H₂O).

Der Satz dieser Zellen erhält den Namen Batterie gerade wegen der notwendigen Vereinigung der Zellen zur Erzeugung elektrischer Energie. Diese Verbindung kann in Reihe (Minuspol einer Zelle mit dem Pluspol der nächsten Zelle) erfolgen, um eine größere elektrische Spannung zu erhalten, oder parallel (alle Pole mit demselben Vorzeichen verbunden), um eine größere Intensität zu erzielen.

Lithium-Ionen-Akku

Der oben genannte Smart hat einen Lithium-Ionen-Akku. Dies bedeutet, dass diese Batterie ersetzt den Schwefelsäureelektrolyten durch einen anderen, nämlich ein Lithiumsalz, aber das chemische Prinzip, das es ihm ermöglicht, Elektrizität zu akkumulieren, ist dasselbe.

Was die Anwendung in Elektroautos betrifft, Lithium-Ionen-Batterien Sie haben ein geringeres Gewicht und ermöglichen eine größere Anzahl von Ladezyklen bevor ein signifikanter Kapazitätsverlust auftritt, der als Batteriedegradation bezeichnet wird. Derzeit wird geschätzt, dass eine Lithium-Ionen-Batterie dies kann auch nach dreitausend vollen Ladezyklen noch achtzig Prozent seiner Kapazität.

Praktische Nachteile des Elektroautos

Abgesehen vom Preis und den wenigen vorhandenen angepassten Infrastrukturen in unserem Land, ist das große „Problem“ des Elektroautos seine praktische Analyse. Zum Beispiel ein Volkswagen Golf 1.5 TSI Es ist ein perfekter Kompakt für lange Reisen. Ihr Kraftstofftank ermöglicht Ihnen Fahrten von mehr als 800 Kilometern und wir verbringen nicht länger als fünf Minuten mit dem Auftanken Ihres Tanks

Wenn wir uns stattdessen für das Neue interessieren Volkswagen E-Golf, müssen wir uns darüber im Klaren sein, dass wir mit seiner Batterie keine Fahrten von mehr als zweihundert Kilometern unternehmen können und dass das Auffüllen der Batterie uns dazu zwingt, einen Kaffee von ungefähr fünf Stunden in einer 7-Kilowatt-Steckdose zu trinken.

An ein solches Auto wird an dieser Stelle mehr als nur einer denken Tesla Model S 100D, mit einer genehmigten Autonomie von 612 Kilometern, und der Kompressoren der Marke.

An erster Stelle erkenne ich an, dass dieser Tesla ein ziemliches Auto ist, aber sein Preis von 110.000 Euro nimmt ihn einem großen Teil der Spanier ein wenig aus der Tasche. Andererseits ist es im Umlauf mit 60 – 70 Stundenkilometern möglich, die angekündigte Autonomie zu erreichen, weil auf Reisen Bei 120 Stundenkilometern bleibt die tatsächliche Autonomie bei etwa 450 Kilometern, was auch nicht schlecht ist.

Was die Supercharger der Marke betrifft, so ist zwar mit Beginn der Kommerzialisierung des Tesla Model 3 eine große Expansion zu erwarten, heute konzentrieren sie sich jedoch hauptsächlich auf die Mittelmeerküste. Tatsächlich gibt es in Castilla León zwei (Burgos und Valladolid) und in Gemeinden wie Kantabrien, Asturien, Galicien oder Madrid gibt es nicht einmal eine.

Diese Supercharger lassen bis zu 120 Kilowatt zu in 20 Minuten den Strom aufladen, der für etwa 300 Kilometer benötigt wird aber sie haben einen gravierenden nachteil: mit der aktuellen technologie, Solche starken Lasten verkürzen die Batterielebensdauer.

Damit meine ich, dass mit aktueller Technologie und Infrastruktur, Wer häufig lange Fahrten machen muss, sollte sich Plug-in-Hybridfahrzeuge ansehen. Zum Beispiel die Volkswagen Golf GTE Es kann im Alltag als Elektrofahrzeug mit einer Batterie verwendet werden, die etwa 40 Kilometer Autonomie bietet, und als kompaktes 110-Kilowatt-Fahrzeug, das perfekt für lange Reisen geeignet ist. Das ja, wann immer wir mit leichtem Gepäck reisen; Während der Volkswagen Golf mit Benzinmotor über einen Kofferraum verfügt, der 380 Liter Volumen bietet, bleibt der des Hybridmodells bei dezenten 272 Litern (341 Liter beim vollelektrischen Modell).

Die Batterie der Zukunft

Niemand entgeht der Tatsache, dass die Zukunft der Automobilindustrie durch die Elektrifizierung geht. Derzeit gibt es viele Marken, die sich dem verschrieben haben Mikrohybridisierung seiner Motoren, aber dies ist nur ein Zwischenschritt zwischen dem mit fossilen Brennstoffen betriebenen Auto und dem Elektroauto.

Die große Wette des Elektroautos erfordert a Optimierung in Batteriegröße und -leistung. Einerseits ist es fast zwingend erforderlich, ähnliche Autonomie- und Ladezeiten anzubieten, die mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor konkurrieren können. Andererseits ist es auch zwingend erforderlich, das Gewicht einer Batterie zu reduzieren. Zum Beispiel ein Renault Zoe wiegt 1.545 Kilo und a Renault Clio TCe66 es bleibt bei 1.082 Kilo.

Kurzfristig

In einem Zeitraum von vier oder fünf Jahren werden wir bereits Elektrofahrzeuge mit einem sehen können echte Autonomie von etwa 600 Kilometern dank technischer Verbesserungen an der Batterie.

Autos wie die Opel Ampera-e Sie rüsten eine der modernsten Batterien aus, die sie derzeit herstellen. Die von LG Chem hergestellte Batterie in diesem Opel besteht aus a Kombination aus Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel in der Lage, genug Strom zu erzeugen, um das Auto für ein paar zu bewegen 350 Kilometer unter realen Bedingungen von Nutzen.

Diese Art von Verbundbatterie hat a Lebensdauer, die die der aktuellen Lithium-Ionen verdoppelt obwohl es auch stimmt, dass es ungefähr zehn Prozent mehr wiegt als die aktuellen und dass die Herstellungskosten ungefähr um denselben Prozentsatz steigen.

Festelektrolytbatterie

Voraussichtlich für das Jahr 2020, Ein Festelektrolyt hat eine höhere Dichte als ein Flüssigelektrolyt und ermöglicht es dieser Art von Batterie, mehr Energie zu speichern als beispielsweise eine Lithium-Salz-Batterie. Ebenfalls minimiert das Auftreten von Dendriten, sich wiederholende Strukturen, die für die ersten Phasen des Kristallwachstums charakteristisch sind und Kurzschlüsse innerhalb der Batterie erzeugen können.

Diese Dendriten sind aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung Körper, die elektrische Energie leiten können oder nicht. Beispielsweise bieten ionische und kovalente Kristalle der Leitung von Wärme und/oder Elektrizität einen großen Widerstand, und Molekülkristalle sind in dieser Hinsicht vollständig isolierend. Diese drei Kristallarten begrenzen die Ladekapazität der Batterie, da bei ihrer Entstehung der Elektrolyt zerstört und damit der Elektrolyseprozess eingeschränkt wird.

Es gibt eine vierte Art von Kristallen, die metallischen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie wenige Elektronen in den äußersten Schichten haben und positiv geladen sind. Das bedeutet, dass es bei seiner Bildung den Elektrolyten zerstört und auch nach der Bildung des Moleküls die gespeicherten negativ geladenen Elektronen aufnimmt. Das nennt man chemische Stabilität in der Valenzschale, was übersetzt bedeutet, dass alle Moleküle in ihrer letzten Schale (Valenzschale) tendenziell acht Elektronen (Stabilität) haben.

Die Vorteile von Festelektrolytbatterien sind die erwärmt sich viel weniger und ist weniger anfällig für Degradation, wodurch er in der Lage ist, seine Speicherkapazität über viele weitere Ladevorgänge aufrechtzuerhalten.

Graphen in der Batterie der Zukunft

Jahrelang haben wissenschaftliche Forschungsprogramme Graphen tausend und eine Wendung gegeben, das Material, das aus reinem Kohlenstoff besteht, der in einem regelmäßigen sechseckigen Muster angeordnet ist die in allen Bereichen unseres täglichen Lebens präsent zu sein scheint, natürlich solange der aktuelle Preis von 300 US-Dollar pro Gramm gesenkt wird. Wenn der Preis sinkt, wird natürlich erwartet, dass Graphen auch die Batterie des Elektroautos erreicht.

Nach den Erfahrungen mit den ersten Prototypen hat eine Graphen-Batterie a die fünffache Energiedichte aktueller LithiumbatterienAufgrund seiner chemischen Zusammensetzung ist die Explosionsgefahr nahezu null und im Falle eines Kurzschlusses wäre nur das beschädigte Teil funktionsunfähig.

Zu den Vorteilen der Graphenbatterie gegenüber den aktuellen gehört ihre größere Kapazität, ihr geringeres Gewicht bei gleichem Volumen und ihre unübertroffene Belastbarkeit (Eine 100-kWh-Batterie könnte in weniger als zehn Minuten aufgeladen werden).

Unter den Nachteilen können wir hervorheben, dass sie nicht vor zehn oder fünfzehn Jahren auf den Markt kommen würden und dass das einzige spanische Unternehmen, das sich der Untersuchung von Graphenbatterien widmet und eine weltweite Referenz darstellt, kürzlich des Betrugs beschuldigt wurde und von untersucht wird die National Securities Market Commission.

Als ich klein war, sagten sie, dass im Jahr 2000 Autos fliegen würden und keinen Fahrer haben würden. Ich möchte im Jahr 2030 auf diesen Artikel zurückkommen und analysieren können, wie die aktuellen Prognosen sind. Natürlich sagt mir etwas, dass die Entwicklung der Batterien uns Jahr für Jahr überraschen wird.