Bateri dan evolusi kereta elektrik

Dalam kereta dengan enjin haba, kepentingan teknologi datang dari propelan dan tangki bahan api kebetulan hanya itu, tangki. Walau bagaimanapun, dalam kereta dengan motor elektrik, sebaliknya berlaku; kedua-dua seni bina dan pengendalian motor elektrik adalah sangat mudah dan kerumitan teknikal terbesar terletak pada bateri.

Apabila pada tahun 1996 pengkomersilan Fiat Seicento Elettra Ia dijual sebagai utiliti ekologi yang mampu mencapai kelajuan maksimum seratus kilometer sejam. Mempunyai satu autonomi kira-kira seratus kilometer dan baterinya mengambil masa kira-kira lapan jam untuk mengecas. Ngomong-ngomong, disebabkan saiz bateri, kenderaan utiliti ini hanya mempunyai dua tempat duduk dan, disebabkan harga, penyebaran komersialnya tidak berjaya.

Jika kita kembali ke masa kini, kenderaan konsep semasa yang serupa dengan Fiat ini mungkin adalah Pemacu Elektrik Fortwo Pintar. Kenderaan utiliti kecil ini mempunyai autonomi yang dalam penggunaan sebenar adalah lebih kurang serupa dengan Itali kecil dan tempoh pengecasannya juga lebih kurang serupa, tetapi berhati-hati, hanya jika kita menyambungkannya ke soket rangkaian asas a rumah . Kemajuan teknikal yang digunakan pada bateri telah membenarkan jenama kumpulan Daimler menawarkan kemungkinan memasang pengecas tertentu (WallBox) yang mampu mengecas lapan puluh peratus bateri dalam masa lebih empat puluh lima minit sahaja.

Konsep asas bateri

bateri sahaja mengumpul tenaga elektrik yang kemudiannya akan digunakan oleh motor elektrik. Tujuannya adalah serupa dengan tangki bahan api, tetapi seni bina dan operasinya tidak boleh menjadi lebih kompleks.

Tanpa mahu mendalami definisi dan/atau proses kimia, pengendalian bateri adalah berdasarkan penghasilan elektron daripada tindak balas kimia terkawal. Saya membayangkan bahawa ramai di antara anda masih ingat jadual berkala, bilangan elektron dalam petala terakhir dan kestabilan sebatian kimia yang terbentuk selepas tindak balas. Nah, dalam kes bateri, tindak balas kimia yang berlaku di dalam menyokong a pemindahan elektron dari kutub negatif ke kutub positif.

Bateri boleh terdiri daripada a bilangan sel yang berubah-ubah, bekas kecil di mana elektrod direndam dalam elektrolit.

• Elektrodo: pengalir arus elektrik yang bersentuhan dengan elektrolit dan dengan bahagian luar sel. Ia boleh menjadi tanda positif (anod) atau tanda negatif (katod).
• Elektrolit: sebarang bahan yang boleh dipecahkan oleh tindakan arus elektrik (elektrolisis).

Untuk memberikan contoh yang sangat mudah, dalam bateri asid plumbum klasik, satu elektrod diperbuat daripada plumbum tulen (Pb), satu lagi daripada plumbum dioksida (PbO₂) dan elektrolitnya ialah asid sulfurik (H₂SO₄) larut dalam air (H₂O).

Set sel ini menerima nama bateri dengan tepat kerana persatuan sel yang diperlukan untuk menghasilkan tenaga elektrik. Perkaitan ini boleh bersiri (kutub negatif satu sel dengan positif sel seterusnya) untuk mendapatkan voltan elektrik yang lebih besar atau selari (semua kutub tanda yang sama bercantum) untuk mendapatkan keamatan yang lebih besar.

Batería de iones de liio

Smart yang dinamakan di atas mempunyai bateri ion litium. Ini bermakna bahawa bateri ini menggantikan elektrolit asid sulfurik dengan yang lain iaitu garam litium, tetapi prinsip kimia yang membolehkannya mengumpul elektrik adalah sama.

Setakat penggunaannya untuk kereta elektrik, bateri lithium-ion mereka mempunyai berat yang lebih rendah dan membenarkan lebih banyak kitaran cas semula sebelum kehilangan kapasiti yang ketara berlaku, yang dikenali sebagai degradasi bateri. Sekarang ini dianggarkan bahawa bateri lithium ion boleh mengekalkan lapan puluh peratus kapasitinya walaupun selepas tiga ribu kitaran cas semula penuh.

Kelemahan praktikal kereta elektrik

Mengetepikan harga dan beberapa infrastruktur tersuai sedia ada di negara kita, "masalah" besar kereta elektrik ialah analisis praktikalnya. Contohnya, a Volkswagen Golf 1.5 TSI Ia adalah padat yang sempurna untuk perjalanan jauh. Tangki bahan api anda membolehkan anda membuat perjalanan lebih daripada 800 kilometer dan kami tidak akan menghabiskan lebih daripada lima minit mengisi minyak tangki anda

Jika sebaliknya kita berminat dengan yang baru E-Golf Volkswagen, kita mesti jelas bahawa baterinya tidak akan membenarkan kita membuat perjalanan lebih daripada dua ratus kilometer dan mengisi baterinya akan memaksa kita untuk minum kopi selama kira-kira lima jam dalam alur keluar 7 kilowatt.

Pada ketika ini, lebih daripada satu akan memikirkan kereta seperti itu Tesla Model S 100D, dengan autonomi yang diluluskan sepanjang 612 kilometer, dan pengecas super daripada jenama.

Pertama sekali, saya menyedari bahawa Tesla ini agak kereta, tetapi harganya sebanyak 110.000 euro membawanya keluar sedikit dari poket sebahagian besar orang Sepanyol. Sebaliknya, dalam edaran pada 60 – 70 kilometer sejam, adalah mungkin untuk mencapai autonomi yang diumumkan kerana dalam perjalanan pada 120 kilometer sejam autonomi sebenar kekal pada kira-kira 450 kilometer, yang tidak buruk juga.

Mengenai pengecas super jenama itu, walaupun pengembangan hebat dijangka apabila pengkomersilan Tesla Model 3 bermula, hari ini ia tertumpu terutamanya di pantai Mediterranean. Malah, di Castilla León terdapat dua (Burgos dan Valladolid) dan dalam komuniti seperti Cantabria, Asturias, Galicia atau Madrid tidak ada pun.

Pengecas super ini sehingga 120 kilowatt membenarkan mengecas dalam 20 minit elektrik yang diperlukan untuk melakukan kira-kira 300 kilometer tetapi mereka mempunyai kelemahan yang serius: dengan teknologi semasa, beban yang begitu kuat memendekkan hayat bateri.

Ini yang saya maksudkan dengan teknologi dan infrastruktur semasa, yang perlu membuat perjalanan jauh yang kerap harus melihat kenderaan hibrid plug-in. Sebagai contoh, Volkswagen Golf GTE Ia boleh digunakan setiap hari sebagai kenderaan elektrik dengan bateri yang menawarkan kira-kira 40 kilometer autonomi dan sebagai kenderaan kompak 110 kilowatt yang sah sempurna untuk perjalanan jauh. Ya, setiap kali kita mengembara ringan bagasi; manakala Volkswagen Golf dengan enjin petrol mempunyai batang yang menawarkan kapasiti 380 liter, model hibrid kekal pada 272 liter (341 liter dalam model elektrik sepenuhnya).

Bateri masa depan

Tiada siapa yang terlepas daripada fakta bahawa masa depan industri automotif melalui elektrifikasi. Pada masa ini terdapat banyak jenama yang komited untuk mikrohibridisasi enjinnya, tetapi ini hanyalah satu langkah perantaraan antara kereta yang dikuasakan oleh bahan api fosil dan kereta elektrik.

Pertaruhan hebat kereta elektrik memerlukan a pengoptimuman dalam saiz dan prestasi bateri. Di satu pihak, hampir wajib untuk menawarkan tahap autonomi dan masa pengecasan yang sama yang boleh bersaing dengan kenderaan yang dilengkapi dengan enjin pembakaran dalaman. Sebaliknya, ia juga menjadi penting untuk mengurangkan berat bateri. Contohnya, a Renault Zoe berat 1.545 kilo dan a Renault Clio Tce 66 ia kekal pada 1.082 kilo.

Jangka pendek

Dalam tempoh empat atau lima tahun kita sudah boleh melihat kenderaan elektrik dengan a autonomi sebenar kira-kira 600 kilometer terima kasih kepada penambahbaikan teknikal yang digunakan pada bateri.

kereta seperti Opel Ampera-e mereka melengkapkan salah satu bateri paling moden yang mereka keluarkan pada masa ini. Dikilangkan oleh LG Chem, bateri dalam Opel ini diperbuat daripada a gabungan kobalt, litium, mangan dan nikel mampu menjana tenaga elektrik yang mencukupi untuk menggerakkan kereta untuk beberapa orang 350 kilometer dalam keadaan sebenar penggunaan.

Bateri kompaun jenis ini mempunyai a hayat yang berganda daripada ion litium semasa walaupun ia juga benar bahawa ia mempunyai berat kira-kira sepuluh peratus lebih daripada yang semasa dan bahawa kos pengeluarannya meningkat dengan peratusan yang lebih kurang sama.

bateri elektrolit pepejal

Dijangka untuk tahun 2020, elektrolit pepejal mempunyai lebih ketumpatan daripada cecair dan membolehkan bateri jenis ini menyimpan lebih banyak tenaga daripada, sebagai contoh, bateri garam litium. Juga meminimumkan penampilan dendrit, struktur berulang yang bercirikan fasa pertama pertumbuhan kristal dan yang boleh menghasilkan litar pintas dalam bateri.

Dendrit ini, disebabkan oleh komposisi kimianya, adalah badan yang mungkin atau mungkin bukan konduktor tenaga elektrik. Sebagai contoh, kristal ionik dan kovalen menawarkan banyak rintangan kepada pengaliran haba dan/atau elektrik, dan kristal molekul benar-benar penebat dalam hal ini. Ketiga-tiga jenis kristal ini mengehadkan kapasiti pengecasan bateri, kerana semasa pembentukannya elektrolit dimusnahkan dan, oleh itu, proses elektrolisis adalah terhad.

Terdapat jenis kristal keempat, yang logam, yang dicirikan dengan mempunyai sedikit elektron di lapisan paling luar dan bercas positif. Ini bermakna dalam pembentukannya ia memusnahkan elektrolit dan juga, apabila molekul terbentuk, ia menyerap elektron bercas negatif yang disimpan. Ini dipanggil kestabilan kimia dalam cangkang valensi, yang diterjemahkan bermaksud bahawa semua molekul cenderung mempunyai lapan elektron (kestabilan) dalam cangkang terakhir mereka (kulit valensi).

Kelebihan bateri elektrolit pepejal ialah kurang panas dan kurang terdedah kepada degradasi, yang bermaksud bahawa ia mampu mengekalkan kapasiti storannya semasa banyak lagi proses pengecasan.

Graphene dalam bateri masa depan

Selama bertahun-tahun, program penyelidikan saintifik telah memberikan seribu satu giliran kepada graphene, itu bahan yang terdiri daripada karbon tulen yang disusun dalam corak heksagon biasa yang nampaknya wujud dalam semua aspek kehidupan seharian kita selagi harga semasa 300 dolar AS per gram diturunkan, sudah tentu. Sudah tentu, apabila harga turun, dijangka graphene juga akan mencapai bateri kereta elektrik.

Menurut apa yang dialami dalam prototaip pertama, bateri graphene mempunyai a lima kali ganda ketumpatan tenaga bateri litium semasaDisebabkan oleh komposisi kimianya, risiko letupan hampir tidak ada dan sekiranya berlaku litar pintas, hanya bahagian yang rosak sahaja yang tidak dapat berfungsi.

Antara kelebihan bateri graphene berhubung dengan bateri semasa ialah kapasitinya yang lebih besar, beratnya yang lebih rendah dengan isipadu yang sama dan kapasiti beban yang tiada tandingannya (bateri 100 kwj boleh dicas dalam masa kurang daripada sepuluh minit).

Di antara kelemahannya, kami boleh menyerlahkan bahawa mereka tidak akan sampai ke pasaran sebelum sepuluh atau lima belas tahun dan bahawa satu-satunya syarikat Sepanyol yang berdedikasi untuk penyiasatan bateri graphene, dan yang merupakan rujukan dunia, baru-baru ini telah dituduh melakukan penipuan dan sedang disiasat oleh Suruhanjaya Pasaran Sekuriti Kebangsaan.

Semasa saya kecil mereka berkata bahawa pada tahun 2000 kereta akan terbang dan tidak mempunyai pemandu. Saya ingin kembali kepada artikel ini pada tahun 2030 dan dapat menganalisis ramalan semasa. Sudah tentu, sesuatu memberitahu saya bahawa evolusi bateri akan mengejutkan kita tahun demi tahun.