แบตเตอรี่และวิวัฒนาการของรถยนต์ไฟฟ้า

ในรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ระบายความร้อน ความสำคัญทางเทคโนโลยีมาจากตัวขับเคลื่อน และถังน้ำมันเชื้อเพลิงก็เป็นเพียงถังเดียว อย่างไรก็ตาม ในรถยนต์ที่มีมอเตอร์ไฟฟ้า สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้น ทั้งสถาปัตยกรรมและการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้านั้นง่ายมาก และความซับซ้อนทางเทคนิคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดก็อยู่ที่แบตเตอรี่

เมื่อในปี 1996 การค้าของ เฟียต ซีเซ็นโต เอเลตตรา ขายเป็นสาธารณูปโภคทางนิเวศวิทยาที่สามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุดหนึ่งร้อยกิโลเมตรต่อชั่วโมง มีหนึ่ง เอกราชประมาณหนึ่งร้อยกิโลเมตรและแบตเตอรี่ใช้เวลาประมาณแปดชั่วโมงในการชาร์จ. อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขนาดของแบตเตอรี่ รถเอนกประสงค์นี้มีที่นั่งเพียงสองที่นั่งเท่านั้น และเนื่องจากราคา การแพร่กระจายในเชิงพาณิชย์จึงไม่ประสบความสำเร็จอย่างมาก

หากย้อนกลับไปในปัจจุบัน รถยนต์ต้นแบบในปัจจุบันที่คล้ายกับ Fiat นี้อาจจะเป็น ไดรฟ์ไฟฟ้า Smart Fortwotwo. รถยนต์เอนกประสงค์ขนาดเล็กนี้มีอิสระในการใช้งานจริงจะคล้ายกับรถอิตาลีขนาดเล็กมากหรือน้อยและระยะเวลาการชาร์จก็ใกล้เคียงกันมากหรือน้อย แต่ระวัง เฉพาะในกรณีที่เราเชื่อมต่อกับซ็อกเก็ตของเครือข่ายพื้นฐานของ บ้าน . ความก้าวหน้าทางเทคนิคที่ใช้กับแบตเตอรี่ทำให้แบรนด์กลุ่มเดมเลอร์สามารถเสนอความเป็นไปได้ในการติดตั้งเครื่องชาร์จเฉพาะ (WallBox) ที่สามารถชาร์จได้ แปดสิบเปอร์เซ็นต์ของแบตเตอรี่ในเวลาเพียงสี่สิบห้านาที.

แนวคิดพื้นฐานของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เพียง สะสมกระแสไฟฟ้าที่จะถูกใช้โดยมอเตอร์ไฟฟ้าในภายหลัง. จุดประสงค์ของมันคล้ายกับของถังเชื้อเพลิง แต่สถาปัตยกรรมและการทำงานของถังนั้นต้องไม่ซับซ้อนกว่านี้

โดยไม่ต้องเจาะลึกคำจำกัดความและ/หรือกระบวนการทางเคมี การทำงานของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับ การผลิตอิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาเคมีควบคุม. ฉันคิดว่าพวกคุณหลายคนยังจำตารางธาตุได้ จำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกสุดท้าย และความเสถียรของสารประกอบเคมีที่เกิดขึ้นหลังจากปฏิกิริยา ในกรณีของแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในช่วย การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากขั้วลบไปยังขั้วบวก.

แบตเตอรี่สามารถประกอบขึ้นจาก a จำนวนตัวแปรของเซลล์, เต้ารับขนาดเล็กที่อิเล็กโทรดแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์

• อิเล็กโทรโด: ตัวนำกระแสไฟฟ้าที่สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์และภายนอกเซลล์ อาจเป็นสัญญาณบวก (แอโนด) หรือเครื่องหมายลบ (แคโทด)
• อิเล็กโทรไลต์: สารใด ๆ ที่สามารถสลายได้โดยการกระทำของกระแสไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า).

ยกตัวอย่างง่ายๆ ในแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบคลาสสิก อิเล็กโทรดหนึ่งทำจากตะกั่วบริสุทธิ์ (Pb) อีกขั้วหนึ่งทำจากตะกั่วไดออกไซด์ (PbO)₂) และอิเล็กโทรไลต์เป็นกรดซัลฟิวริก (H₂SO₄) ละลายในน้ำ (H₂O)

ชุดของเซลล์เหล่านี้ได้รับชื่อแบตเตอรี่อย่างแม่นยำเนื่องจากการเชื่อมโยงที่จำเป็นของเซลล์ในการผลิตพลังงานไฟฟ้า การเชื่อมโยงนี้สามารถอยู่ในอนุกรม (ขั้วลบของเซลล์หนึ่งที่มีขั้วบวกของเซลล์ถัดไป) เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้นหรือแบบขนาน (ขั้วทั้งหมดที่มีเครื่องหมายเดียวกันรวมกัน) เพื่อให้ได้ความเข้มที่มากขึ้น

Bateria de iones de litio

สมาร์ทที่มีชื่อข้างต้นมีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่นี้ แทนที่อิเล็กโทรไลต์กรดซัลฟิวริกด้วยอิเล็กโทรไลต์อื่นที่เป็นเกลือลิเธียมแต่หลักการทางเคมีที่ทำให้สามารถสะสมไฟฟ้าได้เหมือนกัน

สำหรับการประยุกต์ใช้กับรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พวกเขามีน้ำหนักที่ต่ำกว่าและอนุญาตให้มีรอบการชาร์จมากขึ้น ก่อนสูญเสียความจุอย่างมีนัยสำคัญ เรียกว่าแบตเตอรี่เสื่อมคุณภาพ ตอนนี้คาดว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถ รักษาความจุได้แปดสิบเปอร์เซ็นต์แม้หลังจากรอบการชาร์จเต็มสามพันรอบ.

ข้อเสียในทางปฏิบัติของรถยนต์ไฟฟ้า

นอกเหนือจากราคาและโครงสร้างพื้นฐานที่ดัดแปลงที่มีอยู่เพียงไม่กี่แห่งในประเทศของเรา "ปัญหา" ที่ยิ่งใหญ่ของรถยนต์ไฟฟ้าคือการวิเคราะห์เชิงปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น โฟล์คสวาเกนกอล์ฟ 1.5 TSI มีขนาดกะทัดรัดเหมาะสำหรับการเดินทางไกล ถังน้ำมันเชื้อเพลิงของคุณช่วยให้คุณเดินทางได้ไกลกว่า 800 กิโลเมตร และเราจะไม่ใช้เวลามากกว่าห้านาทีในการเติมน้ำมันให้กับถังของคุณ

หากเราสนใจใหม่ โฟล์คสวาเกน อีกอล์ฟเราต้องชัดเจนว่าแบตเตอรี่ของมันจะไม่อนุญาตให้เราเดินทางมากกว่าสองร้อยกิโลเมตรและการเติมแบตเตอรี่จะทำให้เราต้องดื่มกาแฟประมาณห้าชั่วโมงในเต้าเสียบ 7 กิโลวัตต์

ณ จุดนี้ หลายคนคงนึกถึงรถแบบ เทสลารุ่น S 100Dโดยมีเอกราชที่ได้รับอนุมัติ 612 กิโลเมตร และ ซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ ของแบรนด์

อย่างแรก ฉันรู้ว่าเทสลาคันนี้ค่อนข้างจะเป็นรถ แต่ราคา 110.000 ยูโรทำให้เงินส่วนใหญ่ของชาวสเปนหมดไปเล็กน้อย ในทางกลับกัน ในกระแสน้ำที่ 60 – 70 กิโลเมตรต่อชั่วโมง สามารถบรรลุเอกราชที่ประกาศไว้ได้เพราะในการเดินทาง ที่ 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเป็นอิสระที่แท้จริงยังคงอยู่ที่ประมาณ 450 กิโลเมตรซึ่งก็ไม่เลวเหมือนกัน

เกี่ยวกับซูเปอร์ชาร์จเจอร์ของแบรนด์ แม้ว่าคาดว่าจะมีการขยายตัวอย่างมากเมื่อการค้าของเทสลารุ่น 3 เริ่มต้นขึ้น แต่วันนี้พวกเขามุ่งเน้นไปที่ชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียนเป็นหลัก อันที่จริงใน Castilla León มีสองแห่ง (Burgos และ Valladolid) และในชุมชนเช่น Cantabria, Asturias, Galicia หรือ Madrid ก็ไม่มีเลย

ซุปเปอร์ชาร์จเจอร์เหล่านี้อนุญาตให้ใช้ได้ถึง 120 กิโลวัตต์ ชาร์จใน 20 นาที ไฟฟ้าที่จำเป็นต้องทำประมาณ 300 กิโลเมตร แต่มีข้อเสียอย่างร้ายแรง: ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน โหลดอันทรงพลังดังกล่าวทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง.

ฉันหมายความว่าด้วยเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐานในปัจจุบัน ใครที่ต้องเดินทางไกลบ่อยๆ ควรดูรถ Plug-in Hybrid. ตัวอย่างเช่น โฟล์คสวาเก้น กอล์ฟ จีทีอี สามารถใช้ได้ทุกวันในฐานะรถยนต์ไฟฟ้าที่มีแบตเตอรี่ซึ่งมีระยะทางอิสระประมาณ 40 กิโลเมตร และเป็นรถยนต์ขนาดกะทัดรัดขนาด 110 กิโลวัตต์ซึ่งเหมาะสำหรับการเดินทางระยะไกล ใช่เมื่อใดก็ตามที่เราเดินทางเบา ๆ ของกระเป๋าเดินทาง ในขณะที่โฟล์คสวาเก้นกอล์ฟที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินมีลำตัวที่มีความจุ 380 ลิตร แต่ของรุ่นไฮบริดยังคงอยู่ที่ 272 ลิตร (341 ลิตรในรุ่นไฟฟ้าเต็มรูปแบบ)

แบตเตอรี่แห่งอนาคต

ไม่มีใครหนีพ้นความจริงที่ว่าอนาคตของอุตสาหกรรมยานยนต์ต้องอาศัยกระแสไฟฟ้า ปัจจุบันมีหลายแบรนด์ที่มุ่งมั่นในการ ไมโครไฮบริไดเซชัน ของเครื่องยนต์ แต่นี่เป็นเพียงขั้นกลางระหว่างรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิลและรถยนต์ไฟฟ้า

เดิมพันที่ดีของรถยนต์ไฟฟ้าต้อง การเพิ่มประสิทธิภาพขนาดและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่. ในแง่หนึ่ง แทบจะเป็นข้อบังคับที่จะต้องเสนอระดับความเป็นอิสระและเวลาในการชาร์จที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งสามารถแข่งขันกับรถยนต์ที่ติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ ในทางกลับกัน การลดน้ำหนักของแบตเตอรี่ก็มีความจำเป็นเช่นกัน ตัวอย่างเช่น Renault Zoe หนัก 1.545 กิโล เรโนลต์ คลีโอ TCe 66 อยู่ที่ 1.082 กิโลกรัม

ระยะสั้น

ในช่วงสี่หรือห้าปี เราจะสามารถเห็นรถยนต์ไฟฟ้าที่มี a . ได้แล้ว เอกราชที่แท้จริงประมาณ 600 กิโลเมตร ต้องขอบคุณการปรับปรุงทางเทคนิคที่ใช้กับแบตเตอรี่

รถยนต์เช่น โอเปิ้ล แอมเพรา-อี พวกเขาติดตั้งแบตเตอรี่ที่ทันสมัยที่สุดชิ้นหนึ่งที่พวกเขาผลิตอยู่ในปัจจุบัน ผลิตโดย LG Chem แบตเตอรี่ใน Opel นี้ทำมาจาก ส่วนผสมของโคบอลต์ ลิเธียม แมงกานีส และนิกเกิล สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากพอที่จะเคลื่อนย้ายรถได้นิดหน่อย 350 กิโลเมตรในสภาพจริง การใช้งาน

แบตเตอรี่ผสมประเภทนี้มี ชีวิตที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าของลิเธียมไอออนในปัจจุบัน แม้ว่ามันจะเป็นความจริงที่มีน้ำหนักมากกว่าปัจจุบันประมาณสิบเปอร์เซ็นต์และต้นทุนในการผลิตเพิ่มขึ้นไม่มากก็น้อยในเปอร์เซ็นต์ที่เท่ากัน

แบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง

คาดว่าปี 2020 อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลว และทำให้แบตเตอรี่ประเภทนี้เก็บพลังงานได้มากกว่า ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมเกลือ อีกด้วย ลดการปรากฏของเดนไดรต์, โครงสร้างที่ซ้ำซากจำเพาะของระยะแรกของการเติบโตของผลึกและที่สามารถผลิตไฟฟ้าลัดวงจรภายในแบตเตอรี่ได้

เดนไดรต์เหล่านี้เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมี เป็นสารที่อาจเป็นตัวนำไฟฟ้าหรือไม่ก็ได้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไอออนิกและโควาเลนต์มีความต้านทานการนำความร้อนและ/หรือไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก และผลึกโมเลกุลเป็นฉนวนโดยสิ้นเชิงในแง่นี้ คริสตัลทั้งสามประเภทนี้จำกัดความสามารถในการชาร์จของแบตเตอรี่ เนื่องจากในระหว่างการก่อตัว อิเล็กโทรไลต์จะถูกทำลาย ดังนั้น กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจึงมีจำกัด

มีคริสตัลประเภทที่สี่ซึ่งเป็นประเภทโลหะซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยมีอิเล็กตรอนไม่กี่ตัวในชั้นนอกสุดและมีประจุบวก ซึ่งหมายความว่าในการก่อตัวของมัน มันจะทำลายอิเล็กโทรไลต์และเมื่อโมเลกุลถูกสร้างขึ้น มันจะดูดซับอิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่เก็บไว้ สิ่งนี้เรียกว่าความคงตัวทางเคมีในเปลือกความจุ ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะมีอิเล็กตรอนแปดตัว (ความคงตัว) ในเปลือกสุดท้าย (เปลือกความจุ)

ข้อดีของแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งคือ ร้อนน้อยกว่ามากและมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพน้อยลงซึ่งหมายความว่าสามารถรักษาความจุของพื้นที่เก็บข้อมูลได้ในระหว่างกระบวนการชาร์จอีกมากมาย

กราฟีนในแบตเตอรี่แห่งอนาคต

เป็นเวลาหลายปีที่โครงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้ให้กราฟีนเป็นพันๆ ครั้ง ซึ่ง วัสดุประกอบด้วยคาร์บอนบริสุทธิ์จัดเรียงในรูปแบบหกเหลี่ยมปกติ ซึ่งดูเหมือนว่าจะมีอยู่ในทุกด้านของชีวิตประจำวันของเราตราบใดที่ราคาปัจจุบันอยู่ที่ 300 เหรียญสหรัฐต่อกรัมลดลงแน่นอน แน่นอน เมื่อราคาลดลง คาดว่ากราฟีนจะไปถึงแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าด้วย

จากประสบการณ์ในต้นแบบชุดแรกๆ แบตเตอรี่แบบกราฟีนมี a ห้าเท่าของความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมในปัจจุบันเนื่องจากองค์ประกอบทางเคมี ความเสี่ยงต่อการระเบิดจึงเกือบเป็นศูนย์ และในกรณีที่ไฟฟ้าลัดวงจร เฉพาะส่วนที่เสียหายเท่านั้นที่จะใช้งานไม่ได้

ข้อดีของแบตเตอรี่กราฟีนเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ปัจจุบันคือความจุที่มากขึ้น น้ำหนักเบากว่าด้วยปริมาตรที่เท่ากันและความจุโหลดที่ไม่มีใครเทียบได้ (สามารถชาร์จแบตเตอรี่ 100 kWh ได้ในเวลาไม่ถึงสิบนาที).

ท่ามกลางข้อเสียของมัน เราสามารถเน้นว่าพวกเขาจะไม่ถึงตลาดก่อนสิบหรือสิบห้าปี และบริษัทสเปนเพียงแห่งเดียวที่ทุ่มเทให้กับการตรวจสอบแบตเตอรี่กราฟีน ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วโลก เพิ่งถูกกล่าวหาว่าฉ้อโกงและกำลังถูกสอบสวนโดย ก.ล.ต.

ตอนเด็กๆบอกว่าปี2000คันจะบินและไม่มีคนขับ ฉันต้องการกลับไปที่บทความนี้ในปี 2030 และสามารถวิเคราะห์ว่าการคาดการณ์ปัจจุบันคืออะไร. แน่นอน มีบางอย่างบอกฉันว่าวิวัฒนาการของแบตเตอรี่จะทำให้เราประหลาดใจทุกปี