バッテリーと電気自動車の進化

熱エンジンを搭載した車では、技術的重要性は推進剤に由来します 燃料タンクはたまたまそれ、タンクです。 ただし、電気モーターを搭載した車では、逆のことが起こります。 電気モーターの構造と操作はどちらも非常に単純であり、技術的に最も複雑なのはバッテリーにあります。

1996年に商品化されたとき、 フィアット セイチェント エレットラ 最高時速XNUMXキロに達するエコロジーユーティリティとして販売されました。 持っていた 約XNUMXキロメートルの自律性とそのバッテリーの充電には約XNUMX時間かかりました. ちなみに、このユーティリティ・ビークルはバッテリーのサイズの関係でXNUMX人乗りしかなく、その価格のせいで普及はあまりうまくいきませんでした。

現代に戻れば、このフィアットに似た現在のコンセプトカーは、 スマートfortwo電気駆動. この小型多用途車は自律性を備えており、実際の使用はイタリアの小型車と多かれ少なかれ似ており、充電時間も多かれ少なかれ似ていますが、基本的なネットワークのソケットに接続する場合にのみ注意してくださいホーム。 バッテリーに適用された技術的進歩により、ダイムラー グループのブランドは、 わずか XNUMX 分強でバッテリーの XNUMX%.

電池の基本的な考え方

バッテリーはちょうど 後で電気モーターによって消費される電気を蓄積します. その目的は燃料タンクの目的に似ていますが、その構造と操作はこれ以上に複雑ではありません。

定義や化学プロセスについて深く掘り下げることは避けますが、バッテリーの動作は以下に基づいています。 制御された化学反応による電子の生成. 周期表や最終殻の電子数、反応後に生成される化合物の安定性などを覚えている方も多いのではないでしょうか。 バッテリーの場合、内部で起こる化学反応は 負極から正極への電子の移動.

バッテリーは セルの可変数、電極が電解液に浸されている小さなレセプタクル。

• 電極: 電解液およびセルの外側と接触している電流導体。 正符号 (アノード) または負符号 (カソード) にすることができます。
• 電解質: 電流の作用によって分解できる物質 (電解).

非常に簡単な例を挙げると、従来の鉛蓄電池では、一方の電極は純鉛 (Pb) で、もう一方は二酸化鉛 (PbO) でできています。₂) 電解液は硫酸 (H₂SO₄) 水に溶解 (H₂O）。

これらのセルのセットは、電気エネルギーを生成するために必要なセルの関連付けのために、正確にバッテリーの名前を受け取ります。 この関連付けは、直列 (XNUMX つのセルの負極と次のセルの正極) でより大きな電圧を得るか、並列 (同じ符号のすべての極が結合) でより大きな強度を得ることができます。

Bateríadeionesdelitio

上記のSmartにはリチウムイオン電池が搭載されています。 つまり、このバッテリーは 硫酸電解質をリチウム塩である別のものに置き換えますですが、電気をためる化学原理は同じです。

電気自動車への応用に関する限り、リチウムイオン電池 軽量で、より多くの再充電サイクルを可能にします バッテリーの劣化として知られる、容量の大幅な損失が発生する前に。 現在、リチウムイオン電池は XNUMX 回のフル充電サイクル後でも容量の XNUMX% を保持.

電気自動車の実用上の欠点

価格とわが国にあるいくつかの既存の適応インフラは別として、電気自動車の大きな「問題」はその実用的な分析です。 たとえば、 フォルクスワーゲン ゴルフ 1.5 TSI 長期旅行に最適なコンパクトです。 燃料タンクで 800 キロメートル以上の移動が可能であり、タンクへの燃料補給に XNUMX 分以上かかることはありません

代わりに、新しいものに興味がある場合 フォルクスワーゲンeゴルフ、そのバッテリーでは7キロメートル以上の旅行ができず、バッテリーを充電すると4キロワットのコンセントで約XNUMX時間コーヒーを飲む必要があることを明確にする必要があります.

この時点で、多くの人が次のような車を考えるでしょう。 テスラモデルS 100D、承認された 612 キロメートルの自律性、および スーパーチャージャー ブランドの

まず第一に、私はこのテスラがかなりの車であることを認識していますが、その 110.000 ユーロの価格は、スペイン人の大部分のポケットから少し出ています。 一方、時速 60 ～ 70 キロメートルの循環では、旅行中のため、発表された自律性に到達することが可能です。 時速 120 キロメートルでは、実際の自律性は約 450 キロメートルのままです。、それも悪くありません。

ブランドのスーパーチャージャーに関しては、Tesla Model 3 の商用化が始まると大きな拡大が予想されますが、現在は主に地中海沿岸に焦点を当てています。 実際、カスティーリャ レオンには XNUMX つ (ブルゴスとバリャドリッド) があり、カンタブリア、アストゥリアス、ガリシア、マドリッドなどのコミュニティにはまったくありません。

これらの最大 120 キロワットのスーパーチャージャーにより、 約 20 キロメートルの走行に必要な電力を 300 分で充電 しかし、重大な欠点があります。現在の技術では、 そのような強力な負荷はバッテリ寿命を縮めます.

つまり、現在のテクノロジーとインフラストラクチャでは、 長距離移動が多い方はプラグインハイブリッド車がおすすめ。 たとえば、 フォルクスワーゲンゴルフGTE 約 40 キロメートルの自律性を提供するバッテリーを備えた電気自動車として、また長距離旅行に最適なコンパクトな 110 キロワットの自動車として、日常的に使用できます。 そうです、荷物を軽くして旅行するときはいつでも。 ガソリン エンジンを搭載したフォルクスワーゲン ゴルフのトランク容量は 380 リットルですが、ハイブリッド モデルのトランク容量は控えめな 272 リットル (完全電動モデルは 341 リットル) です。

未来のバッテリー

自動車産業の未来が電化によって進むという事実から逃れる人は誰もいません。 現在、多くのブランドが取り組んでいます。 マイクロハイブリダイゼーション しかし、これは化石燃料を動力源とする自動車と電気自動車の中間段階にすぎません。

電気自動車の大きな賭けには、 バッテリーのサイズと性能の最適化. 一方では、内燃エンジンを搭載した車両と競合できるレベルの自律性と充電時間を提供することがほぼ必須です。 一方で、バッテリーの軽量化も不可欠です。 たとえば、 ルノーゾーイ 体重は 1.545 キロで、 ルノークリオTCe 66 1.082キロのままです。

短期

XNUMX 年か XNUMX 年のうちに、電気自動車に 約600キロメートルの実質自律性 バッテリーに適用された技術的改良のおかげです。

のような車 オペルアンペラ 彼らは、現在製造している最新のバッテリーの XNUMX つを装備しています。 この Opel のバッテリーは LG Chem 製で、 コバルト、リチウム、マンガン、ニッケルの組み合わせ 車を数時間動かすのに十分な電力を生成できる 実際の条件で 350 キロメートル 使用の。

このタイプの複合電池には、 現在のリチウムイオンのXNUMX倍の寿命 とはいえ、現在のものより約 XNUMX% 重く、製造コストがほぼ同じ割合で増加することも事実です。

固体電解質電池

2020年に予定されている、 固体電解質は液体よりも密度が高く、このタイプの電池は、たとえばリチウム塩電池よりも多くのエネルギーを蓄えることができます。 また 樹状突起の出現を最小限に抑えます、結晶成長の最初の段階に特徴的な反復構造であり、バッテリー内で短絡を引き起こす可能性があります。

これらの樹状突起は、その化学組成により、電気エネルギーの導体である場合とそうでない場合があります。 たとえば、イオン結晶と共有結合結晶は、熱や電気の伝導に対して大きな抵抗を示しますが、分子結晶はこの点で完全に絶縁されています。 これらの XNUMX 種類の結晶は、電池の充電容量を制限します。これは、結晶の形成中に電解質が破壊され、電解プロセスが制限されるためです。

XNUMX つ目の結晶は金属結晶で、最外層に電子がほとんどなく、正に帯電していることが特徴です。 これは、その形成時に電解質を破壊し、分子が形成されると、蓄積された負に帯電した電子を吸収することを意味します. これは、原子価殻の化学的安定性と呼ばれます。これは、すべての分子が最後の殻 (原子価殻) に XNUMX つの電子 (安定性) を持つ傾向があることを意味します。

固体電解質電池のメリットは、 加熱がはるかに少なく、劣化しにくい、これは、より多くの充電プロセス中にストレージ容量を維持できることを意味します。

未来のバッテリーにおけるグラフェン

何年もの間、科学研究プログラムはグラフェンに千と一転を与えてきました。 純炭素を正六角形に並べた素材 もちろん、現在の 300 グラムあたり XNUMX 米ドルの価格が下げられる限り、これは私たちの日常生活のあらゆる面に存在しているように思われます. もちろん、価格が下がれば、電気自動車のバッテリーにもグラフェンが届くと予想されます。

最初のプロトタイプで経験したことによると、グラフェン電池には 現在のリチウム電池のXNUMX倍のエネルギー密度その化学組成により、爆発の危険性はほとんどなく、短絡が発生した場合、損傷した部分のみが動作しなくなります。

現在のものと比較したグラフェン電池の利点には、容量が大きいこと、同じ体積で軽量であること、および比類のない負荷容量があります (100 kwh のバッテリーは XNUMX 分以内に充電できます).

その欠点の中で強調できるのは、それらが XNUMX 年か XNUMX 年以内に市場に出回らないことと、グラフェン電池の調査を専門とする唯一のスペインの会社であり、世界的な参考文献であったが、最近詐欺で告発され、によって調査されていることです。国家証券市場委員会。

私が子供の頃、2000 年には車が空を飛ぶようになり、運転手がいなくなるだろうと言われていました。 2030年にこの記事に戻って、現在の予測が何であるかを分析できるようにしたいと思います. もちろん、バッテリーの進化は年々私たちを驚かせてくれることを教えてくれます。