De batterij en de evolutie van de elektrische auto

Nissan blad 2018

In auto's met een thermische motor komt het technologische belang van het drijfgas en de brandstoftank is precies dat, een tank. Bij auto's met een elektromotor gebeurt echter het tegenovergestelde; zowel de architectuur als de werking van een elektromotor is zeer eenvoudig en de grootste technische complexiteit valt op de batterij.

Toen in 1996 de commercialisering van de Fiat Seicento Elettra Het werd verkocht als een ecologische voorziening die een maximumsnelheid van honderd kilometer per uur kon bereiken. Had een autonomie van ongeveer honderd kilometer en het opladen van de batterij duurde ongeveer acht uur. Trouwens, vanwege de grootte van de batterij had dit bedrijfsvoertuig slechts twee zitplaatsen en vanwege de prijs was de commerciële verspreiding ervan geen groot succes.

Slimme Fortwo elektrische aandrijving

Als we teruggaan naar het heden, is een huidige conceptauto vergelijkbaar met deze Fiat misschien wel de Slimme Fortwo elektrische aandrijving. Dit kleine bedrijfsvoertuig heeft een autonomie die in echt gebruik min of meer vergelijkbaar is met die van de kleine Italiaan en de oplaadperiode is ook min of meer vergelijkbaar, maar pas op, alleen als we hem aansluiten op een stopcontact van het basisnetwerk van een thuis. Dankzij de technische vooruitgang die op de batterij is toegepast, heeft het merk van de Daimler-groep de mogelijkheid geboden om specifieke opladers (WallBox) te installeren die de batterij kunnen opladen. tachtig procent van de batterij in iets meer dan vijfenveertig minuten.

Basisconcept van een batterij

de batterij gewoon accumuleert de elektriciteit die later door de elektromotor zal worden verbruikt. Het doel is vergelijkbaar met dat van een brandstoftank, maar de architectuur en werking kunnen niet complexer zijn.

Zonder in te willen gaan op definities en/of chemische processen, is de werking van een batterij gebaseerd op de productie van elektronen uit gecontroleerde chemische reacties. Ik kan me voorstellen dat velen van jullie zich het periodiek systeem, het aantal elektronen in de laatste schil en de stabiliteit van de chemische verbindingen die na een reactie zijn gevormd, nog herinneren. Welnu, in het geval van een batterij is de chemische reactie die binnenin plaatsvindt gunstig voor een overdracht van elektronen van de negatieve pool naar de positieve pool.

Zeer eenvoudig schema van een batterij

Een batterij kan bestaan ​​uit een variabel aantal cellen, kleine bakjes waarin de elektroden zijn ondergedompeld in de elektrolyt.

  • elektrode: elektrische stroomgeleider die in contact staat met het elektrolyt en met de buitenkant van de cel. Het kan een positief teken (anode) of een negatief teken (kathode) zijn.
  • Elektrolyt: elke stof die kan worden afgebroken door de werking van een elektrische stroom (elektrolyse).

Om een ​​heel eenvoudig voorbeeld te geven: in een klassieke loodzuuraccu is één elektrode gemaakt van puur lood (Pb), de andere van looddioxide (PbO2) en de elektrolyt is zwavelzuur (H2SO4) opgelost in water (H2O).

De set van deze cellen krijgt de naam batterij juist vanwege de noodzakelijke associatie van de cellen om elektrische energie te produceren. Deze associatie kan in serie zijn (negatieve pool van een cel met de positieve van de volgende cel) om een ​​grotere elektrische spanning te verkrijgen of parallel (alle polen van hetzelfde teken samengevoegd) om een ​​grotere intensiteit te verkrijgen.

Test Renault ZOE 41 kWh

Batterij van lithiumionen

De hierboven genoemde Smart heeft een lithium-ion-accu. Dit betekent dat deze batterij vervangt de zwavelzuurelektrolyt door een andere die een lithiumzout is, maar het chemische principe waarmee het elektriciteit kan accumuleren is hetzelfde.

Wat betreft de toepassing ervan op elektrische auto's, lithium-ionbatterijen ze hebben een lager gewicht en maken een groter aantal oplaadcycli mogelijk voordat een aanzienlijk capaciteitsverlies optreedt, ook wel batterijdegradatie genoemd. Op dit moment wordt geschat dat een lithium-ionbatterij kan: behoudt tachtig procent van zijn capaciteit, zelfs na drieduizend volledige oplaadcycli.

Praktische nadelen van de elektrische auto

Afgezien van de prijs en de weinige bestaande aangepaste infrastructuren in ons land, is het grote "probleem" van de elektrische auto de praktische analyse ervan. Bijvoorbeeld, een VolkswagenGolf 1.5TSI Het is een perfecte compact voor lange reizen. Met uw brandstoftank kunt u ritten maken van meer dan 800 kilometer en we besteden niet meer dan vijf minuten aan het tanken van uw tank

Als we in plaats daarvan geïnteresseerd zijn in de nieuwe Volkswagen eGolf, moeten we duidelijk zijn dat de batterij ons niet in staat zal stellen ritten van meer dan tweehonderd kilometer te maken en dat het vullen van de batterij ons zal dwingen een koffie van ongeveer vijf uur te drinken in een stopcontact van 7 kilowatt.

Volkswagen eGolf

Op dit punt zullen meer dan menen denken aan een auto als de Tesla Model S 100D, met een goedgekeurde autonomie van 612 kilometer, en de superchargers van het merk.

In de eerste plaats erken ik dat deze Tesla best een auto is, maar met zijn prijs van 110.000 euro haalt hij hem een ​​beetje uit de zak van een groot deel van de Spanjaarden. Aan de andere kant, in omloop met 60 - 70 kilometer per uur, is het mogelijk om de aangekondigde autonomie te bereiken omdat op reizen bij 120 kilometer per uur blijft de echte autonomie op ongeveer 450 kilometer, wat ook niet slecht is.

Wat betreft de superchargers van het merk, hoewel een grote uitbreiding wordt verwacht wanneer de commercialisering van de Tesla Model 3 begint, zijn ze vandaag vooral gericht op de Middellandse Zeekust. In Castilla León zijn er zelfs twee (Burgos en Valladolid) en in gemeenschappen als Cantabrië, Asturië, Galicië of Madrid zijn er zelfs geen.

Deze superchargers tot 120 kilowatt maken laad in 20 minuten de elektriciteit op die nodig is voor ongeveer 300 kilometer maar ze hebben een ernstig nadeel: met de huidige technologie, zulke krachtige belastingen verkorten de levensduur van de batterij.

Tesla Superchargers

Hiermee bedoel ik dat met de huidige technologie en infrastructuur, wie vaak lange reizen moet maken, moet kijken naar plug-in hybride voertuigen. Bijvoorbeeld de Volkswagen Golf GTE Hij kan dagelijks worden gebruikt als elektrisch voertuig met een batterij die ongeveer 40 kilometer autonomie biedt en als een compact voertuig van 110 kilowatt dat perfect geschikt is voor lange reizen. Dat ja, wanneer we licht van bagage reizen; terwijl de Volkswagen Golf met benzinemotor een kofferbak heeft die 380 liter inhoud biedt, blijft die van het hybride model op een discrete 272 liter (341 liter in het volledig elektrische model).

De batterij van de toekomst

Niemand ontkomt eraan dat de toekomst van de auto-industrie via elektrificatie verloopt. Momenteel zijn er veel merken die zich inzetten voor de microhybridisatie van zijn motoren, maar dit is slechts een tussenstap tussen de auto op fossiele brandstof en de elektrische auto.

Test Tesla Model X

De grote inzet van de elektrische auto vereist een optimalisatie in batterijgrootte en prestaties. Enerzijds is het bijna verplicht om vergelijkbare niveaus van autonomie en oplaadtijden te bieden die kunnen concurreren met voertuigen die zijn uitgerust met verbrandingsmotoren. Aan de andere kant wordt het ook noodzakelijk om het gewicht van een batterij te verminderen. Bijvoorbeeld, een Renault Zoe weegt 1.545 kilo en a Renault Clio TCe66 het blijft op 1.082 kilo.

Korte termijn

Over een periode van vier of vijf jaar zullen we al elektrische voertuigen kunnen zien met een echte autonomie van ongeveer 600 kilometer dankzij technische verbeteringen aan de batterij.

auto's zoals de Opel Ampera-e ze rusten een van de modernste batterijen uit die ze momenteel produceren. Gefabriceerd door LG Chem, de batterij in deze Opel is gemaakt van een combinatie van kobalt, lithium, mangaan en nikkel in staat om genoeg elektriciteit op te wekken om de auto een paar keer te verplaatsen 350 kilometer in reële omstandigheden bruikbaar.

opel-ampera-e-front-3-4

Dit type samengestelde batterij heeft een levensduur die de huidige lithium-ion verdubbelt hoewel het ook waar is dat het ongeveer tien procent meer weegt dan de huidige en dat de productiekosten met ongeveer hetzelfde percentage toenemen.

vaste elektrolytbatterij

Verwacht voor het jaar 2020, een vaste elektrolyt heeft een grotere dichtheid dan een vloeibare en zorgt ervoor dat dit type batterij meer energie kan opslaan dan bijvoorbeeld een lithiumzoutbatterij. Ook minimaliseert het verschijnen van dendrieten, repetitieve structuren die kenmerkend zijn voor de eerste fasen van kristalgroei en die kortsluitingen in de batterij kunnen veroorzaken.

Deze dendrieten zijn, vanwege hun chemische samenstelling, lichamen die al dan niet geleiders van elektrische energie zijn. Zo bieden ionische en covalente kristallen veel weerstand tegen de geleiding van warmte en/of elektriciteit en zijn moleculaire kristallen in dit opzicht volledig isolerend. Deze drie soorten kristallen beperken de laadcapaciteit van de batterij, omdat tijdens hun vorming het elektrolyt wordt vernietigd en dus het elektrolyseproces wordt beperkt.

Test Nissan Leaf 30 kWh instrumentenpaneel

Er is een vierde type kristallen, de metalen, die worden gekenmerkt doordat ze weinig elektronen in de buitenste lagen hebben en positief geladen zijn. Dit betekent dat het tijdens zijn vorming de elektrolyt vernietigt en ook, zodra het molecuul is gevormd, het de negatief geladen elektronen absorbeert die zijn opgeslagen. Dit wordt chemische stabiliteit in de valentieschil genoemd, wat vertaald betekent dat alle moleculen de neiging hebben om acht elektronen (stabiliteit) in hun laatste schil (valentieschil) te hebben.

De voordelen van een vaste elektrolytbatterij zijn dat: warmt veel minder op en is minder vatbaar voor degradatie, waardoor hij in staat is zijn opslagcapaciteit te behouden tijdens veel meer laadprocessen.

Grafeen in de batterij van de toekomst

Nissan blad 2018

Jarenlang hebben wetenschappelijke onderzoeksprogramma's duizend-en-één beurten gegeven aan grafeen, dat materiaal samengesteld uit pure koolstof gerangschikt in een regelmatig zeshoekig patroon die in alle aspecten van ons dagelijks leven aanwezig lijkt te zijn, zolang de huidige prijs van 300 dollar per gram natuurlijk wordt verlaagd. Natuurlijk, zodra de prijs daalt, is de verwachting dat grafeen ook de batterij van de elektrische auto zal bereiken.

Volgens wat werd ervaren in de eerste prototypes, heeft een grafeenbatterij een vijf keer de energiedichtheid van de huidige lithiumbatterijenDoor de chemische samenstelling is het explosiegevaar nagenoeg nihil en bij kortsluiting zou alleen het beschadigde onderdeel buiten werking zijn.

Een van de voordelen van de grafeenbatterij ten opzichte van de huidige is de grotere capaciteit, het lagere gewicht bij gelijk volume en de onovertroffen laadcapaciteit (een batterij van 100 kWh kan in minder dan tien minuten worden opgeladen).

Moleculaire structuur van grafeen

Onder de nadelen kunnen we benadrukken dat ze niet binnen tien of vijftien jaar op de markt zouden komen en dat het enige Spaanse bedrijf dat zich toelegt op het onderzoek naar grafeenbatterijen, en dat een wereldreferentie was, onlangs is beschuldigd van fraude en wordt onderzocht door de Nationale Commissie voor de Effectenmarkt.

Toen ik klein was, zeiden ze dat in het jaar 2000 auto's zouden vliegen en geen chauffeur zouden hebben. Ik wil graag terugkomen op dit artikel in het jaar 2030 en kunnen analyseren wat de huidige voorspellingen zijn. Natuurlijk zegt iets me dat de evolutie van batterijen ons jaar na jaar zal verrassen.


Volg ons op Google Nieuws

Een opmerking, laat de jouwe achter

Laat je reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

*

*

  1. Verantwoordelijk voor de gegevens: Miguel Ángel Gatón
  2. Doel van de gegevens: Controle SPAM, commentaarbeheer.
  3. Legitimatie: uw toestemming
  4. Mededeling van de gegevens: De gegevens worden niet aan derden meegedeeld, behalve op grond van wettelijke verplichting.
  5. Gegevensopslag: database gehost door Occentus Networks (EU)
  6. Rechten: u kunt uw gegevens op elk moment beperken, herstellen en verwijderen.

  1.   zelfvrij zei

    Elektrische voertuigen zijn ongetwijfeld de oplossing om niet meer afhankelijk te zijn van brandstof, en nog beter als we de huidige verbrandingsvoertuigen tegen een betaalbare prijs ombouwen. Spanje heeft tegenwoordig de mogelijkheid om middelgrote en kleine converterende bedrijven te ontwikkelen. Dit door het proces van het ombouwen van huidige voertuigen naar elektrische. En dat is lokale R&D-ontwikkeling. Er zijn al 650 voertuigen omgebouwd naar elektrisch in Latijns-Amerika en meer dan 250 in Mexico alleen. Met het voordeel van de helft van de kosten van een elektrische fabrieksauto en met vijf keer minder elektriciteitsverbruik dan benzine. Er mag geen tijd verloren gaan, in andere landen wordt dit al 20 jaar toegepast. Zelfliberale organisatie. autolibre.blogspot.com