A elektromos autó akkumulátorok kulcsfontosságú elemek ezeknek a vonzóbbá és érdekesebbé tételében, és ezért népszerűvé válhatnak: a jármű autonómiája, ára, újratöltési sebessége és élettartama függ tőlük, alapvető szempontok, amelyek még mindig sok felhasználót visszatartanak.

km-es

Az első elektromos autók óta alig több mint 100 év alatt figyelemreméltó fejlődés tapasztalható az akkumulátorok terén: a régi ólom-sav vagy nikkel-vas és a jelenlegi lítium-ion akkumulátorok között már több mint 12 idők.elektromos autó autonómiája.

Az akkumulátorok által az elmúlt években elért jelentős technológiai ugrásnak köszönhetően egyre több autógyártót bíztattak az elektromos autók új modelljeinek kifejlesztésére, meglehetősen vonzó ígéretekkel a következő 4 évre, a NEDC által jóváhagyott autonómiákkal, amelyek a 400 között mozognak és 600 km.

A jövő jelen: nikkel és kobalt

Mivel ez a legnagyobb energiasűrűségű akkumulátorcellák kémiája, jelenleg a piacon lévő összes elektromos autót használják lítium-ion akkumulátorok folyékony elektrolittal, vagyis: a katód (negatív elektróda) ​​és az anód (pozitív elektróda) ​​között lévő anyag, amely lehetővé teszi az elektronok átvitelét, folyékony oldat.

A lítium-ion akkumulátorokon belül ezeknek különböző altípusai vannak, kis kémiai különbségekkel, ha különböző elemeket használnak a katódban és az anódban, vagy ezek aránya eltérő (például a lítium-vas-foszfát elemek a leggazdaságosabbak, bár ezek is térfogat- és tömegegységre kisebb kapacitással rendelkezik).

A legfontosabb ugrás, amelyet most tapasztalunk: a lejárt mintegy 150-200 km-es európai NEDC-ciklus homologizált autonómiáiról a jelenlegi 400-500 km-re való áttérés az új sejtek használatának köszönhető. dobok ion lítium val vel nikkel Y kobalt (Bár a cellák és az akkumulátor belső alkatrészeinek kompaktabb elrendezése is segített, ami jobban kihasználja az akkumulátor mennyiségét).

Jellemzően grafitot, vagy grafit és szilícium anódokat használnak, lítium, nikkel, kobalt és alumínium katódokat, például a Panasonic a Teslához, vagy például lítium, nikkel, mangán és kobalt. LG Chem, a Renault, a Chevrolet, az Opel, a Volkswagen és más gyártók számára.

Ez utóbbiaknak megvan az az előnyük is, hogy hosszabb élettartammal (kb. Kétszer) rendelkeznek, mint a "régi" lítium-ion akkumulátorok, miközben fenntartják vagy kissé javítják az újratöltési sebességet, és alig növelik az akkumulátor súlyát (valamivel kevesebb, mint 10%). . igen valóban, drágábbak, bár az autó végső eladási árára gyakorolt ​​hatás körülbelül 5% és 10% között marad.

Ezért az első lítium-ion akkumulátorok valamivel több mint 250 Wh/l (és kb. 100 Wh/kg fajlagos energia) energiasűrűségéből már megközelítőleg 400 Wh/l (180 Wh/kg) és 650 Wh/l (250 Wh/kg). Ez az a jelenlegi valóság, amelyen a legtöbb gyártó alapul, hogy meglehetősen tisztességes autonómiával rendelkező, körülbelül 500 km NEDC homologizált (kb. 375 km WLTP) elektromos modelleket javasoljon.

És innen mi más?

A elemeket a nikkel- és kobalt-lítium-ionok közül még mindig több éves tapasztalattal rendelkezik, többek között azért, mert szükséges, hogy jelentősen csökkentsék az árukat, hogy a mérsékelten tisztességes autonómia mellett megfizethető elektromos autókról is beszélhessünk. Ez egy ideig eltart, mire megérkezünk, pontosan meglátjuk, meddig, mivel vannak, akik 2030-ból, mások pedig 2023-ból beszélnek, de elvileg meg kell érkeznie, meg kell érkeznie.

Innen még mindig belépünk az elemek mezőjébe vizsgálat vagy laboratóriumi kísérlet alatt áll, ezért körültekintőnek kell lennünk, és meg kell értenünk, hogy ezek olyan elemek, amelyeket forgalmazhatnak, vagy sem, és megérkezésük pontos dátumát sem lehet megadni.

Egy új típusú lítium akkumulátor lenne a lítium és kén. Még mindig folyékony elektrolitot használ, és fajlagos energiája meghaladhatja a 350 Wh/kg-ot. Az a kis probléma, hogy a grafént, egy szénszerkezetet is használniuk kell, amelyet az alkalmi izgalmas ígéretek (végső soron a kétséges valóság ellenére) ellenére is nehéz nagy tömegben és alacsony költséggel előállítani.

A lítiumelemek másik fontos fejlődése az lenne, ha a lítiumionokról a másikra lépnénk lítium fém, korrózió ellen védett. Ez például az alapvető lítium elemek kapacitásának megháromszorozását ígéri (bár ismét a grafénre támaszkodunk). Talán a legkomolyabb javaslat a Licion a Sion Power-től, 700 Wh/l energiasűrűségig (400 Wh/kg fajlagos energia).

A Sion power évek óta együttműködik a BASF-fel a kutatásban, és az LG Chem nemrégiben megszerezte a cellák és akkumulátorok ipari szintű gyártásának és forgalmazásának jogát.

Cserélje a folyékony elektrolitot szilárdra

Egy másik nagyon komoly fogadás, bár néhány évet még várnunk kell a kereskedelmi forgalomba hozatalra, a szilárdtest elemek, egy lépéssel túl a lítiumfém akkumulátorokon. Itt mind a Samsung, mind az LG Chem nagyon közel áll az eléréséhez: először úgy tűnik, hogy mobil elektronikai eszközökért (2020 körül mondják), később pedig elektromos járművekért (2025 körül) érkeznének.

Ezekben az elemekben az a legfontosabb, hogy a katód és az anód közötti folyékony elektrolit helyett szilárd elektrolitot használnak (és nincs többé korróziós probléma, és nincs szükség szeparátorokra sem). Bosch Ő sem tétlenkedett mellette, vette a Seeót, és ő is ilyen típusú akkumulátorokat követ.

Ennek az új cellának mind előnye, és ez lehet a következő évtized főszereplője: szinte megduplázza egy jelenlegi lítium-ion akkumulátor energiasűrűségét (kb. 1200 Wh/l), nem melegszik fel annyira, a tűzveszély majdnem nulla, gyorsabban tölt fel (elméletileg 6-szor gyorsabban), és hasznos élettartama hosszabb.

Ez azt jelenti, hogy elmennénk elektromos autók közepes méretű és többé-kevésbé megfizethető áron több mint 650 km valós autonómiával (Ami alig több mint 800 km lenne a jelenlegi európai NEDC homologációs ciklusban, hamarosan eltűnik). Ilyen akkumulátorok esetén a hidrogén autó sokkal nehezebbé válik.

Ugyanebben a sorban van a szilárdtest akkumulátor, kristályosított elektrolittal és nátrium a lítium helyett a fém olcsóbb és még nagyobb kapacitású. 650 Wh/kg fajlagos energia elérhető. Ez azért is nagyon érdekes, mert megváltozik az elemkémia alapanyaga (ez már nem lenne lítium), és így elkerülhető lenne a túlkeresleti vagy ellátási probléma.

A szilárdtest-nátrium-akkumulátorok további előnye, hogy kis töltöttségi veszteség mellett is működhetnek nagyon alacsony környezeti hőmérséklet. Kutatócsoportja szerint továbbra is magas az elektromos vezetőképességük nulla 20 Celsius fokos hőmérsékleten. Ez megoldja a jelenlegi elektromos autók problémáját, amelyben nagyon alacsony hőmérséklet esetén az autonómia szélsőséges esetekben az elméleti homologizált autonómia csak felére csökkenhet.

Ezen szilárdtest-nátrium-fém elemek mögött az idős német fizikus, államosított amerikai John áll. B. Goodenough, akit elismernek a lítium-ion akkumulátorok társszerzőjeként, amikor 1980-ban az oxfordi egyetemen dolgozó csapatának sikerült kifejlesztenie egy lítium-kobalt-oxid katódot. 1991-ig tartott a kezedbe kerülni, amikor a Sony az egyik videokamerájában piacra dobta az első kereskedelmi forgalomban lévő lítium-ion akkumulátort.

Úgy tűnik, hogy a Toyota az első gyártó, amely bejelentette, hogy piacra dobja a szilárdtest akkumulátoros elektromos autó 2022-ben. Bár a japán márka évek óta félretette az elektromos autókat, az aranytojást tojó tyúkjára összpontosítva, a benzin hibrid autókra, az igazság az, hogy 2008 óta a forradalmi, szilárdtest, fém-levegő akkumulátorok, más néven Sakichi akkumulátorok, 1000 km autonómia érdekében.

Mint az imént láttuk, a jövőben még nagyobb energiasűrűségű elemekkel kapcsolatos kutatások egy sora a cellák elemei. fém-levegő. Itt a fém különböző lehet, lítium, nátrium vagy alumínium. A legmagasabb fajlagos energiát ígérik, 1600 Wh/kg felett. Például a BASF is vizsgálja ezt a típust (de itt még nem beszélünk a dátumokról).

Egyéb típusú akkumulátorok

Az olyan újratölthető akkumulátorokon kívül, amilyeneket ma ismerünk (csatlakoztatva egy aljzatba újratöltéshez, számos töltési és kisütési ciklushoz), más típusú akkumulátorokat is vizsgálnak elektromos járművek.

Egyrészt megvan a újratölthető elektrolit elemek. Ez egy olyan tevékenység, amelyről 2011-ben hallottunk az MIT-től: ahelyett, hogy bedugnánk az autót az akkumulátor elektromos energiával való feltöltésére, két tartályt kiürítenek és feltöltenek egy feltöltött elektrolittal, az egyik pozitív, a másik negatív (valójában víz). oldott sókkal), amelyek ezután egy porózus membránon keresztül kölcsönhatásba lépve az elektromos áramot generálják. Elve nagyon hasonló az üzemanyagcellákéhoz.

Ez az úgynevezett áramló elemeket, vagy félszilárd áramlású cellák. Ezt javasolja például a NanoFlowCell márka, amely még számos olyan elektromos autó prototípusát is bemutatta, amelyek ilyen típusú akkumulátort használnak a Quant márkanév alatt, akár 1000 km önállósággal, például a Quant 48Volt, a Quant e-Sportlimousine, vagy a Quantino.

Ennek a rendszernek nem az a problémája, hogy nem működik, hanem az, hogy megköveteli az elektrolitok tankolásához szükséges infrastruktúra meglétét (amelyet ebben az esetben nem kell kiüríteni), és hogy az autónak két 159-es tartálya van literenként, ami rengeteg súly hozzáadását jelenti. Állítólag minden liter elektrolit körülbelül 0,10 euróba kerül, tehát a tartály feltöltése csaknem 32 euró lenne, amellyel 800 és 1000 km között lehetne utazni.

A kondenzátorok olyan elektromos eszközök, amelyek képesek elektromos erő tárolására töltés közben az elektromos mezőnek köszönhetően, majd a töltés megszűnésekor visszavezetik az áramkörbe. Előnyük, hogy nagyon gyorsan, pillanatok alatt feltölthetők és kisülhetnek, és valóban hosszú élettartamuk van, de hátrányuk, hogy a kapacitás (fajlagos energiájuk vagy energiasűrűségük) alacsonyabb, mint a lítium-ion akkumulátorokban.

A kapacitás javítása érdekében felhasználják szuperkondenzátorok. Ma már léteznek, de fajlagos energiájuk, 30 Wh/kg körül, nem olyan magas, mint az akkumulátoroknál. Például néhány városi elektromos busznál használják, amelyek nagyon gyorsan töltődnek fel a megállókban, például a Tosa és az ABB Genf számára.

A kapacitás további növelése érdekében grafén szuperkondenzátorokat vizsgálnak, amelyek például 64 Wh/kg fajlagos energiát érhetnek el.

Megpróbálják kombinálni mindkét világ legjavát, vannak olyan kondenzátorok is, amelyeket hibrid szuperkondenzátoroknak vagy LIC-knek is neveznek, mivel ezek kondenzátor és lítium-ion akkumulátor kombinációja. Egyelőre hibrid versenyautókban használták őket, de meglátjuk, honnan ered az evolúciójuk.

Amint az imént áttekintettük, az elektromos energia felhalmozódásával kapcsolatos területen még mindig sok a fejlesztési lehetőség, és most, amikor egyre több autógyártó győződik meg arról, hogy elektromos autókat dob ​​piacra, és a nagy globális elektronikai gyártók érdekeltek világjármű-beszállítók, már nincs kétség afelől, hogy van üzlet, és egyre inkább lesz és lesz akkumulátorok és elektromos autók, és hogy ezeknek már nem lesznek problémáik az autonómiával (vagy az akkumulátor élettartamával). Igazi forradalom következik.