Batteriet och elbilens utveckling

I bilar med termisk motor kommer den tekniska betydelsen från drivmedlet och bränsletanken råkar vara just det, en tank. Men i bilar med elmotor händer det motsatta; både arkitekturen och driften av en elmotor är mycket enkel och den största tekniska komplexiteten faller på batteriet.

När 1996 kommersialiseringen av Fiat Seicento Elettra Det såldes som ett ekologiskt verktyg som kan nå en maximal hastighet på hundra kilometer i timmen. Hade en autonomi på cirka hundra kilometer och dess batteri tog cirka åtta timmar att ladda. Förresten, på grund av batteriets storlek hade detta nyttofordon bara två säten och på grund av priset var dess kommersiella spridning ingen stor framgång.

Om vi ​​går tillbaka till nutiden, kan ett aktuellt konceptfordon som liknar denna Fiat vara Smart Fortwo Electric Drive. Detta lilla nyttofordon har en autonomi som i verklig användning är mer eller mindre lik den lilla italienaren och dess laddningsperiod är också mer eller mindre liknande, men se upp, bara om vi ansluter den till ett uttag i det grundläggande nätverket av en hem. De tekniska framstegen som tillämpas på batteriet har gjort det möjligt för Daimler-gruppens varumärke att erbjuda möjligheten att installera specifika laddare (WallBox) som kan ladda åttio procent av batteriet på drygt fyrtiofem minuter.

Grundläggande koncept för ett batteri

batteriet bara ackumulerar den elektricitet som senare kommer att förbrukas av elmotorn. Dess syfte liknar det för en bränsletank, men dess arkitektur och funktion kunde inte vara mer komplex.

Utan att vilja gå in på djupet i definitioner och/eller kemiska processer baseras driften av ett batteri på produktion av elektroner från kontrollerade kemiska reaktioner. Jag föreställer mig att många av er fortfarande minns det periodiska systemet, antalet elektroner i det sista skalet och stabiliteten hos de kemiska föreningar som bildas efter en reaktion. Tja, i fallet med ett batteri, gynnar den kemiska reaktionen som sker inuti en överföring av elektroner från den negativa polen till den positiva polen.

Ett batteri kan bestå av en varierande antal celler, små behållare i vilka elektroderna är nedsänkta i elektrolyten.

• Elektrod: elektrisk strömledare som är i kontakt med elektrolyten och med utsidan av cellen. Det kan vara positivt tecken (anod) eller negativt tecken (katod).
• Elektrolyt: varje ämne som kan brytas ned genom inverkan av en elektrisk ström (elektrolys).

För att ge ett mycket enkelt exempel, i ett klassiskt blybatteri är en elektrod gjord av rent bly (Pb), den andra av blydioxid (PbO)₂) och elektrolyten är svavelsyra (H₂SO₄) löst i vatten (H₂O).

Uppsättningen av dessa celler får namnet på batteriet just på grund av den nödvändiga associationen av cellerna för att producera elektrisk energi. Denna association kan vara i serie (negativ pol för en cell med positiva av nästa cell) för att erhålla en högre elektrisk spänning eller parallellt (alla poler med samma tecken sammanfogade) för att erhålla en större intensitet.

Batteri av litiumjoner

Smart som nämns ovan har ett litiumjonbatteri. Det betyder att detta batteri ersätter svavelsyraelektrolyten med en annan som är ett litiumsalt, men den kemiska principen som gör att den kan ackumulera elektricitet är densamma.

När det gäller dess tillämpning på elbilar, litiumjonbatterier de har en lägre vikt och tillåter ett större antal laddningscykler innan en betydande förlust av kapacitet inträffar, känd som batteriförsämring. Just nu uppskattar man att ett litiumjonbatteri kan behålla åttio procent av sin kapacitet även efter tre tusen fulla laddningscykler.

Praktiska nackdelar med elbilen

Bortsett från priset och de få befintliga anpassade infrastrukturerna i vårt land, är det stora "problemet" med elbilen dess praktiska analys. Till exempel, en Volkswagen Golf 1.5 TSI Det är en perfekt kompakt för långa resor. Din bränsletank låter dig göra resor på mer än 800 kilometer och vi kommer inte att spendera mer än fem minuter på att tanka din tank

Om vi ​​istället är intresserade av det nya Volkswagen eGolf, måste vi vara tydliga med att dess batteri inte kommer att tillåta oss att göra resor på mer än tvåhundra kilometer och att fylla batteriet kommer att tvinga oss att ta en kaffe på cirka fem timmar i ett 7 kilowatts uttag.

Vid det här laget kommer mer än en att tänka på en bil som den Tesla Model S 100D, med en godkänd autonomi på 612 kilometer, och överladdare av märket.

För det första inser jag att denna Tesla är en ganska bil, men dess pris på 110.000 60 euro tar den lite ur fickan på en stor del av spanjorerna. Å andra sidan, i cirkulation i 70 – XNUMX kilometer i timmen, är det möjligt att nå den aviserade autonomin eftersom på resor vid 120 kilometer i timmen kvarstår den verkliga autonomin på cirka 450 kilometer, vilket inte heller är dåligt.

Angående märkets kompressorer, även om en stor expansion väntas när kommersialiseringen av Tesla Model 3 börjar, är de idag främst inriktade på Medelhavskusten. Faktum är att det i Castilla León finns två (Burgos och Valladolid) och i samhällen som Kantabrien, Asturien, Galicien eller Madrid finns det inte ens några.

Dessa överladdare på upp till 120 kilowatt tillåter ladda på 20 minuter elen som behövs för att klara cirka 300 kilometer men de har en allvarlig nackdel: med nuvarande teknik, sådana kraftfulla belastningar förkortar batteritiden.

Med detta menar jag att med nuvarande teknik och infrastruktur, som behöver göra ofta långa resor bör titta på plug-in hybridfordon. Till exempel Volkswagen Golf GTE Den kan användas dagligen som ett elfordon med ett batteri som erbjuder cirka 40 kilometers autonomi och som ett kompakt fordon på 110 kilowatt som är perfekt för långa resor. Det ja, närhelst vi reser lätt av bagage; medan Volkswagen Golf med bensinmotor har en baklucka som erbjuder 380 liters kapacitet, ligger hybridmodellen kvar på diskreta 272 liter (341 liter i den helt elektriska modellen).

Framtidens batteri

Ingen kommer undan det faktum att fordonsindustrins framtid går genom elektrifiering. För närvarande finns det många varumärken som är engagerade i mikrohybridisering av sina motorer, men detta är bara ett mellansteg mellan bilen som drivs av fossila bränslen och elbilen.

Elbilens stora satsning kräver en optimering av batteristorlek och prestanda. Å ena sidan är det nästan obligatoriskt att erbjuda liknande nivåer av autonomi och laddningstider som kan konkurrera med fordon utrustade med förbränningsmotorer. Å andra sidan blir det också absolut nödvändigt att minska vikten på ett batteri. Till exempel, en Renault Zoe väger 1.545 XNUMX kilo och en Renault Clio TCe 66 den stannar på 1.082 XNUMX kilo.

Kort sikt

Inom en period av fyra eller fem år kommer vi redan att kunna se elfordon med en verklig autonomi på cirka 600 kilometer tack vare tekniska förbättringar på batteriet.

bilar som Opel Ampera-e de utrustar ett av de modernaste batterierna som de för närvarande tillverkar. Batteriet i denna Opel är tillverkat av LG Chem och är tillverkat av en kombination av kobolt, litium, mangan och nickel kan generera tillräckligt med el för att flytta bilen för ett par 350 kilometer i verkliga förhållanden av användning.

Denna typ av sammansatt batteri har en liv som fördubblar det för nuvarande litiumjon även om det också är sant att det väger ungefär tio procent mer än de nuvarande och att kostnaden för att producera dem ökar med ungefär samma procent.

solid elektrolytbatteri

Förväntas år 2020, en fast elektrolyt har mer densitet än en flytande och gör att den här typen av batteri kan lagra mer energi än till exempel ett litiumsaltbatteri. Också minimerar uppkomsten av dendriter, repetitiva strukturer som är karakteristiska för de första faserna av kristalltillväxt och som kan orsaka kortslutning i batteriet.

Dessa dendriter, på grund av sin kemiska sammansättning, är kroppar som kan eller inte kan vara ledare av elektrisk energi. Till exempel ger joniska och kovalenta kristaller mycket motstånd mot ledning av värme och/eller elektricitet, och molekylära kristaller är totalt isolerande i detta avseende. Dessa tre typer av kristaller begränsar batteriets laddningskapacitet, eftersom elektrolyten förstörs under deras bildning och därför begränsas elektrolysprocessen.

Det finns en fjärde typ av kristaller, de metalliska, som kännetecknas av att de har få elektroner i de yttersta lagren och är positivt laddade. Det betyder att den i sin bildning förstör elektrolyten och även, när molekylen väl är bildad, absorberar den de negativt laddade elektronerna som lagras. Detta kallas kemisk stabilitet i valensskalet, vilket översatt betyder att alla molekyler tenderar att ha åtta elektroner (stabilitet) i sitt sista skal (valensskal).

Fördelarna med solid elektrolyt batteri är att värms upp mycket mindre och är mindre benägen för nedbrytning, vilket innebär att den kan behålla sin lagringskapacitet under många fler laddningsprocesser.

Grafen i framtidens batteri

I åratal har vetenskapliga forskningsprogram gett tusen och en vändning till grafen, det material som består av rent kol arrangerat i ett regelbundet hexagonalt mönster vilket verkar vara närvarande i alla aspekter av vårt dagliga liv så länge det nuvarande priset på 300 US-dollar per gram sänks förstås. När priset sjunker förväntas det förstås att grafen också når elbilens batteri.

Enligt vad som upplevdes i de första prototyperna har ett grafenbatteri ett fem gånger energitätheten hos nuvarande litiumbatterierPå grund av sin kemiska sammansättning är explosionsrisken nästan noll och vid kortslutning skulle endast den skadade delen vara ur funktion.

Bland fördelarna med grafenbatteriet i förhållande till de nuvarande är dess större kapacitet, dess lägre vikt med lika volym och dess oöverträffade lastkapacitet (ett 100 kwh batteri kunde laddas på mindre än tio minuter).

Bland dess nackdelar kan vi lyfta fram att de inte skulle nå marknaden förrän tio eller femton år och att det enda spanska företaget som är dedikerat till utredningen av grafenbatterier, och som var en världsreferens, nyligen har anklagats för bedrägeri och utreds av National Securities Market Commission.

När jag var liten sa de att år 2000 skulle bilar flyga och inte ha en förare. Jag skulle vilja återkomma till denna artikel år 2030 och kunna analysera vad de nuvarande prognoserna är. Naturligtvis säger något mig att utvecklingen av batterier kommer att överraska oss år efter år.