Akumuliatorius ir elektromobilio raida

Automobiliuose su šiluminiu varikliu technologinę svarbą suteikia propelentas o kuro bakas būna būtent toks, bakas. Tačiau automobiliuose su elektros varikliu atsitinka priešingai; tiek elektros variklio architektūra, tiek veikimas yra labai paprasti, o didžiausias techninis sudėtingumas tenka akumuliatoriui.

Kai 1996 m Fiat Seicento Elettra Jis buvo parduotas kaip ekologiškas įrankis, galintis pasiekti maksimalų šimto kilometrų per valandą greitį. Turėjo vieną autonomija yra maždaug šimtas kilometrų, o jo akumuliatorius įkrautas maždaug aštuonias valandas. Beje, dėl akumuliatoriaus dydžio šis komunalinis automobilis turėjo tik dvi sėdimas vietas, o dėl kainos jo komercinė sklaida nebuvo itin sėkminga.

Jei grįšime į dabartį, dabartinė koncepcinė transporto priemonė, panaši į šį „Fiat“, gali būti Smart Fortwo elektrinė pavara. Ši maža komunalinė transporto priemonė turi autonomiją, kuri realiai naudojant yra daugiau ar mažiau panaši į mažo italo, o jos įkrovimo laikotarpis taip pat yra daugiau ar mažiau panašus, tačiau saugokitės, tik jei prijungsime jį prie pagrindinio tinklo lizdo. namo . Techninė pažanga, pritaikyta akumuliatoriui, leido Daimler grupės prekės ženklui pasiūlyti galimybę įdiegti specialius įkroviklius (WallBox), galinčius įkrauti aštuoniasdešimt procentų akumuliatoriaus per kiek daugiau nei keturiasdešimt penkias minutes.

Pagrindinė akumuliatoriaus koncepcija

tik baterija kaupia elektros energiją, kurią vėliau sunaudos elektros variklis. Jo paskirtis panaši į degalų bako paskirtį, tačiau jo architektūra ir veikimas negali būti sudėtingesni.

Nenorint gilintis į apibrėžimus ir (arba) cheminius procesus, akumuliatoriaus veikimas yra pagrįstas elektronų gamyba kontroliuojamų cheminių reakcijų metu. Įsivaizduoju, kad daugelis iš jūsų vis dar prisimena periodinę lentelę, elektronų skaičių paskutiniame apvalkale ir po reakcijos susidariusių cheminių junginių stabilumą. Na, o akumuliatoriaus atveju cheminė reakcija, kuri vyksta viduje, yra palanki a elektronų perkėlimas iš neigiamo poliaus į teigiamą polių.

Baterija gali būti sudaryta iš a kintamas ląstelių skaičius, mažos talpyklos, kuriose elektrodai panardinami į elektrolitą.

• Elektrodas: elektros srovės laidininkas, kuris liečiasi su elektrolitu ir su elemento išore. Tai gali būti teigiamas ženklas (anodas) arba neigiamas ženklas (katodas).
• Elektrolitas: bet kokia medžiaga, kurią gali suskaidyti veikiant elektros srovei (elektrolizė).

Pateikiant labai paprastą pavyzdį, klasikiniame švino rūgšties akumuliatoriuje vienas elektrodas pagamintas iš gryno švino (Pb), kitas – iš švino dioksido (PbO).₂), o elektrolitas yra sieros rūgštis (H₂SO₄) ištirpintas vandenyje (H₂ARBA).

Šių elementų rinkinys gavo baterijos pavadinimą būtent dėl ​​būtino elementų susiejimo elektros energijai gaminti. Šis ryšys gali būti nuoseklus (vieno elemento neigiamas polius su kito elemento teigiamu), kad būtų gauta didesnė elektros įtampa, arba lygiagrečiai (visi to paties ženklo poliai sujungti kartu), kad būtų pasiektas didesnis intensyvumas.

Bateria de iones de litio

Aukščiau pavadintas „Smart“ turi ličio jonų bateriją. Tai reiškia, kad ši baterija pakeičia sieros rūgšties elektrolitą kitu, kuris yra ličio druska, tačiau cheminis principas, leidžiantis kaupti elektrą, yra tas pats.

Kalbant apie jo taikymą elektromobiliams, ličio jonų akumuliatoriai jie turi mažesnį svorį ir leidžia atlikti daugiau įkrovimo ciklų prieš smarkiai prarandant talpą, vadinamą akumuliatoriaus nusidėvėjimu. Šiuo metu manoma, kad ličio jonų baterija gali išlaikyti aštuoniasdešimt procentų savo talpos net po trijų tūkstančių pilnų įkrovimo ciklų.

Praktiniai elektromobilio trūkumai

Nemetant kainos ir nedaug esamų pritaikytų infrastruktūrų mūsų šalyje, didžioji elektromobilio „problema“ yra jo praktinė analizė. Pavyzdžiui, a Volkswagen Golf 1.5 TSI Tai tobulas kompaktas ilgoms kelionėms. Jūsų degalų bakas leidžia nuvažiuoti daugiau nei 800 kilometrų, o degalų papildymui nesugaišime ilgiau nei penkias minutes

Jei vietoj to domimės nauja „Volkswagen e-Golf“, turime būti aiškūs, kad jo baterija neleis nuvažiuoti daugiau nei du šimtus kilometrų, o pripildę jo bateriją priversime išgerti kavos maždaug penkias valandas 7 kilovato elektros lizde.

Šiuo metu ne vienas pagalvos apie tokį automobilį kaip „Tesla“ modelis S 100D, kurio patvirtinta autonomija yra 612 kilometrų, ir kompresoriai prekės ženklo.

Visų pirma, pripažįstu, kad ši Tesla yra nemažas automobilis, tačiau jos 110.000 60 eurų kaina ją šiek tiek išmuša iš didelės dalies ispanų kišenės. Kita vertus, važiuojant 70 – XNUMX kilometrų per valandą greičiu, galima pasiekti paskelbtą autonomiją, nes kelionėse esant 120 kilometrų per valandą, tikroji autonomija išlieka apie 450 kilometrų, kas irgi nėra blogai.

Kalbant apie prekės ženklo kompresorius, nors prasidėjus „Tesla Model 3“ komercializavimui tikimasi didelės plėtros, šiandien jie daugiausia orientuoti į Viduržemio jūros pakrantę. Tiesą sakant, Castilla Leone yra dvi (Burgosas ir Valjadolidas), o tokiose bendruomenėse kaip Kantabrija, Astūrija, Galisija ar Madridas jų net nėra.

Šie iki 120 kilovatų galios kompresoriai leidžia įkrauti per 20 minučių elektros, reikalingos maždaug 300 kilometrų tačiau jie turi rimtą trūkumą: naudojant dabartines technologijas, tokios galingos apkrovos sutrumpina baterijos veikimo laiką.

Turiu omenyje tai, kad esant dabartinėms technologijoms ir infrastruktūrai, kuriems reikia dažnai leistis į ilgas keliones, turėtų pažvelgti į įkraunamas hibridines transporto priemones. Pavyzdžiui, „Volkswagen Golf GTE“ Jis gali būti naudojamas kasdien kaip elektromobilis su akumuliatoriumi, kuris užtikrina apie 40 kilometrų autonomiją, ir kaip kompaktiškas 110 kilovatų galios automobilis, puikiai tinkantis ilgoms kelionėms. Taip, kai keliaujame su bagažu; „Volkswagen Golf“ su benzininiu varikliu turi 380 litrų talpos bagažinę, o hibridinio modelio talpa išlieka 272 litrai (341 litras visiškai elektrinio modelio).

Ateities baterija

Niekas neaplenkia fakto, kad automobilių pramonės ateitis priklauso nuo elektrifikacijos. Šiuo metu yra daug prekių ženklų, kurie yra įsipareigoję mikrohibridizacija savo variklių, tačiau tai tik tarpinis žingsnis tarp iškastiniu kuru varomo automobilio ir elektromobilio.

Didžiulis elektromobilio statymas reikalauja a baterijos dydžio ir veikimo optimizavimas. Viena vertus, beveik privaloma pasiūlyti panašų autonomijos lygį ir įkrovimo laiką, kuris galėtų konkuruoti su transporto priemonėmis su vidaus degimo varikliais. Kita vertus, taip pat būtina sumažinti akumuliatoriaus svorį. Pavyzdžiui, a Renault Zoe sveria 1.545 kilogramus ir a Renault Clio TCe 66 jis sveria 1.082 XNUMX kilogramus.

Trumpalaikis

Po ketverių ar penkerių metų jau galėsime išvysti elektromobilius su a reali autonomija apie 600 kilometrų dėl akumuliatoriaus techninių patobulinimų.

tokie automobiliai kaip Opel Ampera-e jie aprūpinti vienu iš moderniausių baterijų, kurias šiuo metu gamina. Gamintojas LG Chem, šio Opel akumuliatorius pagamintas iš a kobalto, ličio, mangano ir nikelio derinys galintis pagaminti pakankamai elektros, kad galėtų keliauti automobiliui 350 kilometrų realiomis sąlygomis naudojimo.

Šio tipo sudėtinės baterijos turi a gyvybė, kuri dvigubai viršija dabartinių ličio jonų gyvybę nors tiesa ir tai, kad jie sveria maždaug dešimčia procentų daugiau nei dabartiniai, o jų gamybos savikaina išauga maždaug tiek pat procentų.

kieto elektrolito akumuliatorius

Numatoma 2020 m. kietas elektrolitas turi didesnį tankį nei skystas ir leidžia tokio tipo akumuliatoriams sukaupti daugiau energijos nei, pavyzdžiui, ličio druskos akumuliatorius. Taip pat sumažina dendritų atsiradimą, pasikartojančios struktūros, būdingos pirmosioms kristalų augimo fazėms ir kurios gali sukelti trumpąjį jungimą akumuliatoriuje.

Šie dendritai dėl savo cheminės sudėties yra kūnai, kurie gali būti arba nebūti elektros energijos laidininkais. Pavyzdžiui, joniniai ir kovalentiniai kristalai pasižymi dideliu atsparumu šilumos ir (arba) elektros laidumui, o molekuliniai kristalai šiuo atžvilgiu yra visiškai izoliuojantys. Šie trys kristalų tipai riboja akumuliatoriaus įkrovimo pajėgumus, nes jų susidarymo metu sunaikinamas elektrolitas, todėl elektrolizės procesas yra ribotas.

Ketvirtasis kristalų tipas – metaliniai – pasižymi tuo, kad atokiausiuose sluoksniuose yra nedaug elektronų ir yra teigiamai įkrauti. Tai reiškia, kad susidarydamas jis sunaikina elektrolitą, o susidarius molekulei ji sugeria saugomus neigiamai įkrautus elektronus. Tai vadinama cheminiu stabilumu valentiniame apvalkale, o tai išvertus reiškia, kad visos molekulės savo paskutiniame apvalkale (valentiniame apvalkale) paprastai turi aštuonis elektronus (stabilumas).

Kieto elektrolito akumuliatoriaus pranašumai yra tokie įkaista daug mažiau ir yra mažiau linkęs degraduoti, o tai reiškia, kad jis gali išlaikyti savo atminties talpą per daug daugiau įkrovimo procesų.

Grafenas ateities baterijoje

Daugelį metų mokslinių tyrimų programos davė tūkstantį ir vieną posūkį grafenui, tai medžiaga, sudaryta iš grynos anglies, išdėstytos taisyklingu šešiakampiu raštu kuri, atrodo, egzistuoja visuose mūsų kasdienio gyvenimo aspektuose, kol, žinoma, sumažinama dabartinė 300 JAV dolerių už gramą kaina. Žinoma, kainai nukritus, tikimasi, kad grafenas pasieks ir elektromobilio akumuliatorių.

Remiantis tuo, kas buvo patirta pirmuosiuose prototipuose, grafeno baterija turi a penkis kartus didesnis nei dabartinių ličio baterijų energijos tankisDėl savo cheminės sudėties sprogimo rizika yra beveik nulinė, o trumpojo jungimo atveju neveiktų tik pažeista dalis.

Tarp grafeno baterijos pranašumų, palyginti su dabartinėmis, yra didesnė talpa, mažesnis svoris esant vienodai tūriui ir neprilygstama apkrova (100 kWh akumuliatorių būtų galima įkrauti greičiau nei per dešimt minučių).

Iš trūkumų galima išskirti tai, kad jie nepasiektų rinkos anksčiau nei dešimt ar penkiolika metų, o vienintelė Ispanijos įmonė, užsiimanti grafeno baterijų tyrimu, kuri buvo pasaulinė atskaitos taškas, neseniai buvo apkaltinta sukčiavimu ir yra tiriama. Nacionalinė vertybinių popierių rinkos komisija.

Kai buvau mažas, sakydavo, kad 2000 metais mašinos skraidins ir neturės vairuotojo. Prie šio straipsnio norėčiau grįžti 2030 metais ir paanalizuoti, kokios yra dabartinės prognozės. Žinoma, kažkas man sako, kad baterijų evoliucija mus nustebins metai iš metų.