Ang baterya at ang ebolusyon ng electric car

Sa mga kotse na may thermal engine, ang teknolohikal na kahalagahan ay nagmumula sa propellant at ang tangke ng gasolina ay nangyayari na iyon lamang, isang tangke. Gayunpaman, sa mga kotse na may de-koryenteng motor, kabaligtaran ang nangyayari; parehong ang arkitektura at ang pagpapatakbo ng isang de-koryenteng motor ay napaka-simple at ang pinakamalaking teknikal na kumplikado ay nahuhulog sa baterya.

Noong 1996 ang komersyalisasyon ng Fiat Seicento Elettra Ibinenta ito bilang isang ecological utility na may kakayahang umabot sa pinakamataas na bilis na isang daang kilometro bawat oras. Nagkaroon ng isa awtonomiya ng humigit-kumulang isang daang kilometro at ang baterya nito ay tumagal ng halos walong oras upang ma-charge. Sa pamamagitan ng paraan, dahil sa laki ng baterya, ang utility vehicle na ito ay mayroon lamang dalawang upuan at, dahil sa presyo, ang komersyal na pagsasabog nito ay hindi isang mahusay na tagumpay.

Kung babalik tayo sa kasalukuyan, ang isang kasalukuyang konseptong sasakyan na katulad nitong Fiat ay maaaring ang Smart Fortwo Electric Drive. Ang maliit na utility vehicle na ito ay may awtonomiya na sa totoong paggamit ay halos katulad ng sa maliit na Italyano at ang panahon ng pagsingil nito ay halos pareho din, ngunit mag-ingat, kung ikinonekta lang natin ito sa isang socket ng pangunahing network ng isang bahay . Ang mga teknikal na pagsulong na inilapat sa baterya ay nagbigay-daan sa tatak ng grupong Daimler na mag-alok ng posibilidad ng pag-install ng mga partikular na charger (WallBox) na may kakayahang mag-charge ng walumpung porsyento ng baterya sa loob lamang ng mahigit apatnapu't limang minuto.

Pangunahing konsepto ng isang baterya

ang baterya lang nag-iipon ng kuryente na sa kalaunan ay mauubos ng de-kuryenteng motor. Ang layunin nito ay katulad ng sa isang tangke ng gasolina, ngunit ang arkitektura at operasyon nito ay hindi maaaring maging mas kumplikado.

Nang hindi gustong lalimin ang mga kahulugan at/o proseso ng kemikal, ang pagpapatakbo ng isang baterya ay batay sa produksyon ng mga electron mula sa kinokontrol na mga reaksiyong kemikal. Naiisip ko na marami sa inyo ang naaalala pa rin ang periodic table, ang bilang ng mga electron sa huling shell at ang katatagan ng mga kemikal na compound na nabuo pagkatapos ng isang reaksyon. Well, sa kaso ng isang baterya, ang kemikal na reaksyon na nangyayari sa loob ay pumapabor sa a paglipat ng mga electron mula sa negatibong poste patungo sa positibong poste.

Ang isang baterya ay maaaring binubuo ng a variable na bilang ng mga cell, maliliit na sisidlan kung saan ang mga electrodes ay inilubog sa electrolyte.

• Electrode: electrical current conductor na nakikipag-ugnayan sa electrolyte at sa labas ng cell. Maaari itong maging positive sign (anode) o negatibong sign (cathode).
• Electrolyte: anumang sangkap na maaaring masira sa pamamagitan ng pagkilos ng isang electric current (electrolysis).

Upang magbigay ng napakasimpleng halimbawa, sa isang klasikong lead-acid na baterya, ang isang electrode ay gawa sa purong lead (Pb), ang isa naman ay lead dioxide (PbO).₂) at ang electrolyte ay sulfuric acid (H₂SO₄) natunaw sa tubig (H₂O).

Ang hanay ng mga cell na ito ay tumatanggap ng pangalan ng baterya nang tumpak dahil sa kinakailangang pagsasamahan ng mga cell upang makabuo ng elektrikal na enerhiya. Ang asosasyong ito ay maaaring sunod-sunod (negatibong poste ng isang cell na may positibo ng susunod na cell) upang makakuha ng mas malaking boltahe ng kuryente o kahanay (lahat ng mga poste ng parehong sign ay pinagsama-sama) upang makakuha ng mas mataas na intensity.

Batería de iones de liio

Ang Smart na pinangalanan sa itaas ay may lithium ion na baterya. Nangangahulugan ito na ang bateryang ito pinapalitan ang sulfuric acid electrolyte ng isa pang lithium salt, ngunit ang prinsipyo ng kemikal na nagpapahintulot dito na makaipon ng kuryente ay pareho.

Sa abot ng aplikasyon nito sa mga de-koryenteng sasakyan, ang mga baterya ng lithium-ion ang mga ito ay may mas mababang timbang at nagbibigay-daan sa mas maraming bilang ng mga cycle ng recharge bago mangyari ang isang malaking pagkawala ng kapasidad, na kilala bilang pagkasira ng baterya. Sa ngayon ay tinatantya na ang isang lithium ion na baterya ay maaari mapanatili ang walumpung porsyento ng kapasidad nito kahit na pagkatapos ng tatlong libong full recharge cycle.

Mga praktikal na disbentaha ng electric car

Isinasantabi ang presyo at ang iilang umiiral na imprastraktura sa ating bansa, ang malaking "problema" ng electric car ay ang praktikal na pagsusuri nito. Halimbawa, a Volkswagen Golf 1.5 TSI Ito ay isang perpektong compact para sa mahabang biyahe. Ang iyong tangke ng gasolina ay nagpapahintulot sa iyo na gumawa ng mga biyahe ng higit sa 800 kilometro at hindi kami gugugol ng higit sa limang minuto sa paglalagay ng gasolina sa iyong tangke

Kung sa halip ay interesado kami sa bago Volkswagen eGolf, dapat nating malinaw na hindi tayo papayagan ng baterya nito na maglakbay ng higit sa dalawang daang kilometro at ang pagpuno sa baterya nito ay pipilitin tayong uminom ng humigit-kumulang limang oras sa isang 7 kilowatt na saksakan.

Sa puntong ito, higit sa isa ang mag-iisip ng isang kotse tulad ng Tesla Model S 100D, na may inaprubahang awtonomiya na 612 kilometro, at ang mga supercharger ng tatak.

Sa unang lugar, kinikilala ko na ang Tesla na ito ay medyo isang kotse, ngunit ang presyo nito na 110.000 euro ay medyo nakakakuha nito mula sa bulsa ng isang malaking bahagi ng Espanyol. Sa kabilang banda, sa sirkulasyon sa 60 – 70 kilometro kada oras, posibleng maabot ang inihayag na awtonomiya dahil sa mga biyahe sa 120 kilometro bawat oras ang tunay na awtonomiya ay nananatili sa humigit-kumulang 450 kilometro, na hindi rin masama.

Tungkol sa mga supercharger ng tatak, bagaman inaasahan ang isang mahusay na pagpapalawak kapag nagsimula ang komersyalisasyon ng Tesla Model 3, ngayon sila ay pangunahing nakatuon sa baybayin ng Mediterranean. Sa katunayan, sa Castilla León mayroong dalawa (Burgos at Valladolid) at sa mga komunidad tulad ng Cantabria, Asturias, Galicia o Madrid ay wala kahit isa.

Ang mga supercharger na ito na hanggang 120 kilowatts ay nagbibigay-daan singilin sa loob ng 20 minuto ang kuryente na kailangan para magawa ang tungkol sa 300 kilometro ngunit mayroon silang malubhang disbentaha: sa kasalukuyang teknolohiya, ang gayong malalakas na load ay nagpapaikli sa buhay ng baterya.

Ang ibig kong sabihin ay sa kasalukuyang teknolohiya at imprastraktura, na kailangang gumawa ng madalas na mahabang biyahe ay dapat tumingin sa mga plug-in na hybrid na sasakyan. Halimbawa, ang Volkswagen Golf GTE Maaari itong gamitin sa pang-araw-araw na batayan bilang isang de-koryenteng sasakyan na may baterya na nag-aalok ng humigit-kumulang 40 kilometro ng awtonomiya at bilang isang compact na 110-kilowatt na sasakyan na perpektong wasto para sa mahabang biyahe. Na oo, sa tuwing maglalakbay kami ng magaan na bagahe; habang ang Volkswagen Golf na may gasoline engine ay may trunk na nag-aalok ng 380 liters ng kapasidad, ang hybrid na modelo ay nananatili sa isang discreet na 272 liters (341 liters sa ganap na electric model).

Ang baterya ng hinaharap

Walang sinuman ang nakatakas sa katotohanan na ang hinaharap ng industriya ng automotive ay dumaan sa elektripikasyon. Sa kasalukuyan mayroong maraming mga tatak na nakatuon sa microhybridization ng mga makina nito, ngunit ito ay isang intermediate na hakbang lamang sa pagitan ng kotseng pinapagana ng fossil fuel at ng electric car.

Ang mahusay na taya ng electric car ay nangangailangan ng isang pag-optimize sa laki at pagganap ng baterya. Sa isang banda, halos ipinag-uutos na mag-alok ng mga katulad na antas ng awtonomiya at mga oras ng pagsingil na maaaring makipagkumpitensya sa mga sasakyang nilagyan ng mga internal combustion engine. Sa kabilang banda, nagiging kinakailangan din na bawasan ang bigat ng isang baterya. Halimbawa, a Renault Zoe tumitimbang ng 1.545 kilo at a Renault Clio Tce 66 ito ay nananatili sa 1.082 kilo.

Panandalian

Sa loob ng apat o limang taon, makikita na natin ang mga de-kuryenteng sasakyan na may a tunay na awtonomiya ng halos 600 kilometro salamat sa mga teknikal na pagpapabuti na inilapat sa baterya.

mga sasakyan tulad ng Opel Ampera-e nilagyan nila ang isa sa mga pinaka-modernong baterya na kasalukuyang ginagawa nila. Ginawa ng LG Chem, ang baterya sa Opel na ito ay ginawa mula sa a kumbinasyon ng cobalt, lithium, manganese at nickel may kakayahang makabuo ng sapat na kuryente para ilipat ang sasakyan nang iilan 350 kilometro sa totoong mga kondisyon ginagamit.

Ang ganitong uri ng compound na baterya ay may a buhay na doble kaysa sa kasalukuyang lithium ion bagama't totoo rin na humigit-kumulang sampung porsyento ang bigat nito kaysa sa kasalukuyan at ang gastos sa paggawa ng mga ito ay tumataas ng higit o mas kaunting parehong porsyento.

solidong electrolyte na baterya

Inaasahan para sa taong 2020, ang isang solidong electrolyte ay may higit na densidad kaysa sa isang likido at nagbibigay-daan sa ganitong uri ng baterya na mag-imbak ng mas maraming enerhiya kaysa, halimbawa, isang baterya ng lithium salt. Gayundin pinapaliit ang hitsura ng mga dendrite, mga paulit-ulit na istruktura na katangian ng mga unang yugto ng paglaki ng kristal at maaaring makagawa ng mga maikling circuit sa loob ng baterya.

Ang mga dendrite na ito, dahil sa kanilang kemikal na komposisyon, ay mga katawan na maaaring o hindi maaaring mga conductor ng elektrikal na enerhiya. Halimbawa, ang mga ionic at covalent na kristal ay nag-aalok ng maraming paglaban sa pagpapadaloy ng init at/o kuryente, at ang mga molekular na kristal ay ganap na nakakabukod sa bagay na ito. Nililimitahan ng tatlong uri ng mga kristal na ito ang kapasidad ng pag-charge ng baterya, dahil sa panahon ng kanilang pagbuo ang electrolyte ay nawasak at, samakatuwid, ang proseso ng electrolysis ay limitado.

Mayroong pang-apat na uri ng mga kristal, ang mga metal, na nailalarawan sa pagkakaroon ng kaunting mga electron sa pinakalabas na mga layer at positibong sisingilin. Nangangahulugan ito na sa pagbuo nito ay sinisira nito ang electrolyte at gayundin, sa sandaling nabuo ang molekula, sinisipsip nito ang mga negatibong sisingilin na mga electron na nakaimbak. Ito ay tinatawag na chemical stability sa valence shell, na isinalin ay nangangahulugan na ang lahat ng molecule ay may posibilidad na magkaroon ng walong electron (stability) sa kanilang huling shell (valence shell).

Ang mga bentahe ng solid electrolyte na baterya ay iyon hindi gaanong umiinit at hindi gaanong madaling masira, na nangangahulugan na kaya nitong mapanatili ang kapasidad ng imbakan nito sa panahon ng marami pang proseso ng pagsingil.

Graphene sa baterya ng hinaharap

Sa loob ng maraming taon, ang mga programa ng siyentipikong pananaliksik ay nagbigay ng isang libo at isang lumiliko sa graphene, iyon materyal na binubuo ng purong carbon na nakaayos sa isang regular na hexagonal pattern na tila naroroon sa lahat ng aspeto ng ating pang-araw-araw na buhay hangga't ang kasalukuyang presyo na 300 US dollars kada gramo ay binabaan, siyempre. Siyempre, kapag bumaba ang presyo, inaasahang aabot din ang graphene sa baterya ng electric car.

Ayon sa naranasan sa mga unang prototype, ang isang graphene na baterya ay may a limang beses ang density ng enerhiya ng kasalukuyang mga baterya ng lithiumDahil sa kemikal na komposisyon nito, ang panganib ng pagsabog ay halos wala at kung sakaling magkaroon ng short circuit, tanging ang nasirang bahagi lamang ang hindi gagana.

Kabilang sa mga pakinabang ng graphene na baterya na may kaugnayan sa mga kasalukuyang ay ang mas malaking kapasidad nito, ang mas mababang timbang nito na may pantay na dami at ang hindi maunahang kapasidad ng pagkarga nito (ang isang 100 kwh na baterya ay maaaring ma-charge nang wala pang sampung minuto).

Kabilang sa mga disadvantage nito, maaari nating i-highlight na hindi sila makakarating sa merkado bago ang sampu o labinlimang taon at na ang tanging kumpanyang Espanyol na nakatuon sa pagsisiyasat ng mga baterya ng graphene, at na isang sanggunian sa mundo, ay kamakailang inakusahan ng pandaraya at iniimbestigahan ng ang National Securities Market Commission.

Noong maliit pa ako sabi nila sa taong 2000 lilipad ang mga sasakyan at walang driver. Gusto kong bumalik sa artikulong ito sa taong 2030 at masuri kung ano ang kasalukuyang mga pagtataya. Siyempre, may nagsasabi sa akin na ang ebolusyon ng mga baterya ay magugulat sa atin taon-taon.