The батерии за електрически автомобили са ключовият компонент, за да направят тези по-привлекателни и интересни и следователно могат да станат популярни: автономията, цената, скоростта на презареждане и полезният живот на превозното средство зависят от тях, основни аспекти, които все още задържат много потребители.

батериите

От първите електрически автомобили, за малко повече от 100 години, наблюдаваме забележителна еволюция на батериите: от старите оловно-кисели или никел-желязо до сегашните литиево-йонни батерии, беше възможно да се увеличи батерията повече от 12 пъти.автономност на електрическа кола.

Благодарение на важния технологичен скок, който акумулаторите направиха през последните години, все повече производители на автомобили се насърчават да разработват нови модели електрически автомобили, с доста атрактивни обещания за следващите 4 години, с одобрени от NEDC автономии, които ще се движат между 400 и 600 км.

Бъдещото настояще: никел и кобалт

Тъй като това е химията на акумулаторните клетки с най-висока енергийна плътност, в момента всички електрически автомобили на пазара използват литиево-йонни батерии с течен електролит, това е: материалът, който е между катода (отрицателен електрод) и анода (положителен електрод) и който позволява прехвърлянето на електрони, е течен разтвор.

В литиево-йонните батерии от своя страна има различни подвидове с малки химически разлики, тъй като те използват различни елементи в катода и анода или различно съотношение между тях (например литиево-железо-фосфатните батерии са най-икономични, въпреки че също имат по-малък капацитет на единица обем и маса).

Най-важният скок, който преживяваме в момента, да преминем от хомологирани автономии в изтеклия европейски цикъл NEDC от около 150 до 200 км, до сегашните 400 до 500 км, е благодарение на използването на нови клетки на барабани йон литий с никел Y. кобалт (Въпреки че по-компактното разположение на клетките и вътрешните компоненти на батерията също е помогнало, което използва по-добре обема на батерията).

Обикновено се използват графит или графит и силициеви аноди и литий, никел, кобалт и алуминий катоди, например Panasonic, за Tesla, или литий, никел, манган и кобалт, например LG Chem, за Renault, Chevrolet, Opel, Volkswagen и други производители.

Последните имат и предимството, че имат и по-дълъг експлоатационен живот (приблизително двойно) от „старите“ литиево-йонни батерии, като същевременно поддържат или леко подобряват скоростта на зареждане и почти не увеличават теглото на батерията (малко под 10%) . да, именно, те са по-скъпи, въпреки че въздействието върху крайната продажна цена на автомобила остава приблизително между 5 и 10%.

Следователно сме преминали от енергийна плътност от малко над 250 Wh/l (и специфична енергия от около 100 Wh/kg) на първите литиево-йонни батерии до приблизително 400 Wh/l (180 Wh/kg) и 650 Wh/l (250 Wh/kg). Това е настоящата реалност, на която се основават повечето производители, за да предлагат нови модели електрически автомобили с доста прилична автономност, около 500 км хомологирани по NEDC (около 375 км WLTP).

И от тук какво друго?

The батерии на литиеви йони с никел и кобалт все още имат няколко години опит, наред с други неща, защото те трябва да намалят значително в цената, така че в допълнение към умерено достойна автономия, можем да говорим за достъпни електрически автомобили. Това ще отнеме известно време, за да пристигне, ще видим точно колко дълго, тъй като има такива, които говорят за 2030 г., а други говорят за 2023 г., но по принцип трябва да пристигне, трябва да пристигне.

Оттук навлизаме в полето на батериите все още в процес на разследване или лабораторни експерименти, така че трябва да бъдем предпазливи и да разберем, че това са батерии, които могат или не могат да бъдат пуснати на пазара, и точната дата за тяхното пристигане също не може да бъде посочена.

Нов тип литиева батерия ще бъде литий и сяра. Той все още използва течен електролит и неговата специфична енергия може да надвишава 350 Wh/kg. Малкият проблем е, че те също трябва да използват графен, въглеродна структура, която, въпреки случайните вълнуващи обещания (в крайна сметка със съмнителна реалност), все още е трудна за производство в голям мащаб и на ниска цена.

Друго важно развитие на литиевите батерии би било преминаването от литиеви йони към литиев метал, защитен срещу корозия. Това обещава, например, да утрои капацитета на основните литиеви батерии (въпреки че отново разчитаме на графен). Може би най-сериозното предложение е Licerion by Sion Power, с батерии до 700 Wh/l енергийна плътност (400 Wh/kg специфична енергия).

Sion power си сътрудничи с BASF в научните изследвания от няколко години, а LG Chem наскоро придоби правата за производство и комерсиализиране на клетки и батерии на индустриално ниво.

Сменете течния електролит с твърд

Друг много сериозен залог, въпреки че все още трябва да изчакаме няколко години, за да го видим комерсиализиран, са твърди батерии, стъпка отвъд литиево-металните батерии. Тук както Samsung, така и LG Chem са много близо до постигането му: първо изглежда, че ще пристигнат за мобилни електронни устройства (около 2020 г., казват те), а по-късно и за електрически превозни средства (около 2025 г.).

В тези батерии ключът е, че вместо течен електролит между катода и анода се използва твърд електролит (и вече няма проблем с корозията, нито са необходими сепаратори). Бош Той също не е стоял със скръстени ръце, той е купил Seeo и също е след този тип батерии.

Всички тези предимства са с тази нова клетка и тя може да бъде главният герой на следващото десетилетие: тя почти удвоява енергийната плътност на настоящата литиево-йонна батерия (приблизително 1200 Wh/l), не става толкова гореща, рискът от пожар е почти нула, зарежда се по-бързо (теоретично 6 пъти по-бързо) и полезният му живот е по-дълъг.

Това означава, че бихме отишли ​​на електрически автомобили средни по размер и повече или по-малко достъпна цена с повече от 650 км реална автономия (което ще бъде малко над 800 км в настоящия европейски цикъл на хомологация NEDC, който ще изчезне). С батерии като тази, водородната кола ще бъде много по-трудна.

В същия този ред имаме твърда батерия, с кристализиран електролит и натрий метал, а не литий метал, е по-евтин и има още по-голям капацитет. 650 Wh/kg специфична енергия може да бъде достигната. Това също е много интересно, тъй като основният материал на химията на батериите е променен (той вече няма да е литий) и по този начин ще бъдат избегнати проблеми с прекомерното търсене или предлагане.

Допълнително предимство на полупроводниковите натриеви батерии е, че те също могат да работят с малка загуба на капацитет на зареждане много ниски температури на околната среда. Според неговия изследователски екип те продължават да имат висока електрическа проводимост при температури от 20 градуса по Целзий под нулата. Това решава проблем в настоящите електрически автомобили, при които при много ниски температури автономността може да намалее в краен случай до само половината от теоретичната хомологирана автономия.

Зад тези полупроводникови натриеви метални батерии стои възрастният немски физик, национализиран американец Джон. Б. Гуденоу, който е признат за съавтор на литиево-йонни батерии, когато през 1980 г. екипът му от Оксфордския университет успява да разработи катод от литиев кобалтов оксид. До 1991 г. отнема да се сдобиете с такава, когато Sony пусна първата комерсиална литиево-йонна батерия в една от своите видеокамери.

Toyota изглежда първият производител, който обяви, че ще пусне твърда батерия електрическа кола през 2022 г. Въпреки че японската марка в продължение на няколко години оставя настрана електрическите автомобили, фокусирайки се върху своята кокошка, която снася златното яйце, бензинови хибридни автомобили, истината е, че от 2008 г. насам тя има специфично изследователско подразделение на революционния, твърдо състояние, метално-въздушни батерии, известни като батерията Sakichi, за 1000 км автономност.

Както току-що видяхме, друг ред изследвания на батериите от бъдещето с още по-висока енергийна плътност е този на клетъчните батерии. метал-въздух. Тук металът може да бъде различен, литий, натрий или алуминий. Те обещават най-високата специфична енергия от всички, над 1600 Wh/kg. BASF например също разследва този тип (но тук все още не говорим за дати).

Други видове акумулатори

Освен акумулаторните батерии, каквито ги познаваме днес (включване в контакт за презареждане, за редица цикли на зареждане и разреждане), се изследват и други видове акумулатори електрически превозни средства.

От една страна имаме многократно зареждащи се електролитни батерии. Това е линия работа, за която чухме през 2011 г. от MIT: вместо да включите колата, за да презаредите батерията с електрическа енергия, два резервоара се изпразват и се пълнят със зареден електролит, единият положителен, а другият отрицателен (всъщност вода) с разтворени соли), които след това взаимодействат през пореста мембрана, генерирайки електрически ток. Принципът му е много подобен на този на горивните клетки.

Това е, което също е известно като поточни батерии, или полутвърди поток клетки. Това предлага например марката NanoFlowCell, която дори представи няколко прототипа на електрически автомобили, които използват този тип батерии под марката Quant, с до 1000 км автономност, като Quant 48Volt, Quant e-Sportlimousine или Quantino.

Проблемът с тази система не е в това, че тя не работи, а по-скоро в това, че изисква съществуването на инфраструктура за зареждане на електролитите (което в този случай не трябва да се изпразва) и че самата кола има два резервоара от 159 литри всеки, което означава добавяне на много тегло. Твърди се, че всеки литър електролит струва около 0,10 евро, така че пълненето на резервоара би било почти 32 евро, с което да се изминат между 800 и 1000 км.

Кондензаторите са електрически устройства, способни да съхраняват електрическа енергия по време на зареждане благодарение на електрическо поле и след това да я връщат във веригата при спиране на зареждането. Предимството им е, че те могат да се зареждат и разреждат много бързо, само за секунди, и имат наистина дълъг полезен живот, но недостатъкът е, че капацитетът (тяхната специфична енергия или енергийна плътност) е по-нисък, отколкото при литиево-йонните батерии.

За подобряване на капацитета се използва суперкондензатори. Днес те вече съществуват, но тяхната специфична енергия, около 30 Wh/kg, не е толкова висока, колкото при батериите. Те се използват, например, в някои градски електрически автобуси, които се зареждат много бързо на спирки, както например в този проект на Tosa и ABB за Женева.

За допълнително увеличаване на капацитета му се изследват суперкондензатори за графен, които могат да достигнат например 64 Wh/kg специфична енергия.

Опитвайки се да комбинират най-доброто от двата свята, има и бактори, известни също като хибридни суперкондензатори или LIC, тъй като те са комбинация от кондензатор и литиево-йонна батерия. Засега те се използват в хибридни състезателни автомобили, но ще видим откъде идва тяхната еволюция.

Както току-що разгледахме, областта, свързана с натрупването на електрическа енергия, все още има много място за подобрение и сега, с все повече производители на автомобили, убедени да пуснат електрически автомобили, и с големите световни производители на електроника, заинтересовани да влязат в В света като доставчици вече няма съмнение, че има бизнес и че има и ще бъде все по-добър батерии и електрически автомобили, и че те вече няма да имат проблеми с автономността (или с полезния живот на батерията). Идва истинска революция.