horuseye.sk Veda, technika či nebodaj Sci-Fi horuseye.sk

Svete malých obrnených fúzačov   Šintava - slobodné kráľovské mesto   Kremnické dukáty   Veda, technika či nebodaj Sci-Fi

Začnite klásť jednoduché „naivné“ otázky, ktoré majú vzdelanejší ľudia tendenciu prehliadať. (Michael J. Gelb) 
AkumulátoryAktualizacia: 12.06.2017 

Elektromobil a akumulátor sú dve neoddeliteľné veci. Akumulátory sú nádržou energie, ktorá je zodpovedná za jeho pohyb. (Hybridy v tomto momente nechávam bokom.) Väčšina akumulátorov je postavená na technológii využívajúcej Lítium. Takmer každý mesiac sa objaví informácia o tom, ako ich kapacita, ako aj rýchlosť nabíjania rastie. Čo nám dokážu tieto akumulátory ponúknuť? Kde sú ich limity?

V prípade spaľovacích motorov (mám na mysli motory spaľujúce benzín, naftu, ... ) máme k dispozícii informáciu o množstve energie obsiahnutej v litri či kilograme tohto paliva. Takže vieme povedať, čo môžeme od toho-ktorého paliva očakávať. Kde sú jeho limity. Kde sú však limity akumulátorov? Nejakú tú informáciu nájdeme v článku [1].

„A teď o bateriích. Jak baterie funguje buď víte, nebo si přečtete v učebnici fyzikální chemie. V elektromobilech je baterie lithium-ion. Je mnoho různých variant, které se liší materiálem elektrod i elektrolytu. Ještě víc je variant prostorového uspořádání článků. Vše je motivováno snahou vyrobit baterii bezpečnou, levnou, rychlonabíjecí a s dlouhou životností. Tato snaha má často komický rozměr, stejný jako jiné pokusy narvat tlustý do tenkýho. Baterie má na katodě nějakou sloučeninu s lithiem. Elektrolyt je buď tekutý nebo polymer, a obsahuje stejnou lithnou sloučeninu jako katoda. Anoda je grafitová. Při nabíjení nabíjecí obvod vyšším napětím, než je napětí baterie při odběru, narve Li+ ionty do anody. Nabíjecí charakteristiky se liší v závislosti na chemii a proto jsou nabíječky nekompatibilní. Univerzální nabíječka musí mít obvod, který pozná variantu baterie.

Lithium má zajímavé chemické vlastnosti. Elektrochemický potenciál reakce Li+ + e = Li je -3,04V a v parafrázi známého výroku platí, že „žádný jiný prvek tolik nemá“. Lithium je toxické, hoří dobře a tak rádo, že se i samo zapaluje, a radostně reaguje s kdečím, což je vlastnost žíraviny.

Aby baterie nebyla zajímavá jen pro Daeš, musí materiál katody a elektrolytu lithium přinutit ke slušnému chování a taky udržet vodivost katody při nabíjení. Proto je lithium ve sloučeninách jako LiCoO2, LiMnO4, LiFePO4 a podobných. To má malinkou nevýhodu. Jednoduchým výpočtem zjistíme, že lithia je v těchto sloučeninách nějak málo (v LiFePO4: 7/(7+56+31+64) = 4,43%). Proto je kapacita baterií na hmotnost 0,2 kWh/kg a nic moc s tím soudruzi vědci neudělají. Tak hledají jiné chemie a i je nacházejí, např. Li2S2. Katoda Li2S2 mění při migraci Li+ iontů trochu objem, asi tak dvakrát, a pulsující elektroda nějak kvůli tomu nechce držet ve vodivém spojení s navazující částí obvodu. Jsou třeba další peníze na další výzkum! “

Z celého tohto odstavca stojí za povšimnutie jedna informácia, 0,2 kWh/kg. Vidíte dobre, 0,2 kWh/kg. Nafta či benzín nám poskytujú na 1 kg približne 40 MJ energie. Po prepočte 0,2 kWh/kg na J dostanem kapacitu akumulátora na úrovni 720 000 J, čo je 0,7 MJ. Ako som však písal vyššie, akumulátory sa zo dňa na deň zdokonaľujú. Ak je to pravda, potom batéria s kapacitou 196 kWh musí vážiť 980 kg. [3] Takže či chceme alebo nie, prevážame takmer 1 tonu hore dole. Mňa napadá kacírska otázka. Je to eko - logické či nomické? Samsung tvrdí, že ide o ľahšiu verziu akumulátorov. To nás oprávňuje uvažovať o vyššej hodnote kWh/kg. Aká je však táto hodnota sa bohužiaľ nedozvieme, ako množstvo ďalších technických informácií v tomto obore.

Skúsme na túto problematiku pozrieť z iného uhla pohľadu. Spoločnosť UBER je známa širokej verejnosti. V poslednej dobe sa aktívne venuje aero taxíkom. Bežia prvé testy dronov, ktoré majú túto službu ponúknuť verejnosti. V tejto oblasti je každý kilogram nechcenou záťažou. V rámci tohto projektu publikovala táto spoločnosť 27. októbra 2016 nasledujúci dokument. Fast-Forwarding to a Future of On-Demand Urban Air Transportation [4]. V tomto dokumente sa na stranách 38 a 39 dozvedáme, že spoločnosť predpokladá nárast kapacity akumulátorov na 400-500 Wh/kg (0.4 – 0.5 kWh/kg) v priebehu nasledujúcich 5 rokov.

Tento článok nám však prezrádza niečo viac. Počet nabíjacích cyklov by mal dosiahnuť 1000. To by mohlo spôsobiť, že cena batérie by klesla na 100 $ za 1 kWh. Čo to obnáša v reálnom živote si môže prepočítať každý sám podľa toho, koľko kilometrov denne najazdí.

Je tu ešte jedna zaujímavá informácia. Doba nabíjania by sa mala pohybovať okolo 10 minút. Bohužiaľ sa neuvádza kapacita batérie, ktorej sa to týka. Takže ďalšia pekná perspektíva len bez bližšej špecifikácie.

Ako je to teda z akumulátormi pre elektromobily? Osobne si myslím, že ak chcem nové vozidlo využívať tak, ako doteraz, budúcnosť nestojí za dverami, ako sa nám to snažia nahovoriť, ale je veľmi, veľmi vzdialená. Minimálne z dôvodu, že nemám kde „natankovať“. Na to sa pozriem v ďalšom článku. Ono totiž svet elektromobilov veľmi pripomína svet mobilov či notebookov.


Zdroje


© corycats.sk - horuseye.sk 2012 - 2022