 Краткий экскурс в историю и эволюцию аккумуляторов электромобилей. Прототипы BEV начала двадцатого века и долгий путь свинцовых элементов, которые до сих пор присутствуют на рынке в своих наиболее совершенных версиях, привели к появлению никель-металлогидридных аккумуляторов.
Электромобиль не является недавним изобретением, продиктованным необходимостью устойчивой и альтернативной мобильности (и движимым безжалостной китайской конкуренцией, которая опережает с точки зрения автомобильных инноваций). Среди первых прототипов безлошадных четырехколесных транспортных средств начала ХХ века действительно были автомобили, работающие на свинцовых аккумуляторах. Кажется невероятным, но на заре истории автомобиля электрическая тяга считалась более удобной, безопасной и перспективной, чем доисторические паровые машины и прежде всего двигатель внутреннего сгорания.
Первые электромобили появились в начале 20 века
Затем траектория развития транспорта отодвинула в сторону новаторские электромобили и сосредоточилась на бензиновых двигателях. Последнее тогда обеспечивало лучшую автономность, учитывая все еще не столь высокопроизводительную аккумуляторную технологию. И это несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания, по крайней мере в начале своей истории, были сложны в запуске, очень шумны (и сейчас, как и тогда, электромобили были гораздо тише и не пугали лошадей, тянувших экипажи) и – хотя это В то время этому аспекту не придавалось такого большого значения – экологическому.
Тем не менее, элементарные электромобили получили распространение вместе с предками сегодняшних зарядных станций, о чем свидетельствуют документы из архивов Туринского автомобильного музея. «В 1910 году на Манхэттене уже было 44 зарядные станции, а в некоторых торговых центрах даже были зоны для зарядки автомобилей на первом этаже», — сообщает музей. Электромобили также получили распространение в Италии, но к концу первых пятнадцати лет двадцатого века этот сектор исчез.
Между тем бензиновые двигатели стали более надежными, эффективными и экономичными. Считалось даже, что электричество — это технология без будущего, буквально устаревшая. Виноваты были и аккумуляторы, которые, как мы уже упоминали, были свинцово-наполненными.
Сегодня технологический прогресс элементов и аккумуляторов движется навстречу желаниям автомобилистов, которым требуется достаточная автономность, чтобы их автомобиль не оставил их в затруднительном положении посреди пути. Это маловероятно, и тем временем уже десять лет ведутся разговоры об аккумуляторах, которые могут прослужить более 1000 км, как и твердотельные аккумуляторы, обещанные Toyota. Даже на рынке BEV, который в настоящее время испытывает трудности с остановками и выходами.
Но как произошел такой прогресс?
История аккумуляторов для электромобилей начинается со свинца
Мы говорили, что свинцовые аккумуляторные батареи были пионерами этой технологии. Изобретенные еще в 1859 году французским физиком Гастоном Планте (но получившие широкое распространение десятилетие спустя), они, как и другие батареи, преобразуют химическую энергию в электрическую. Преобразование, происходящее внутри гальванического элемента, где мы находим электролитический раствор (состоящий из воды и серной кислоты), а также катод и анод, выполняющие роль электродов. Последние изготовлены из свинца: первые, точнее, из диоксида свинца, а анод — из губчатого свинца.
Батареи этого типа продаются до сих пор. Это связано с тем, что они представляют собой недорогое решение с хорошими результатами с точки зрения эффективности. Однако они имеют низкую плотность энергии по сравнению с их весом, т.е. примерно 35 Втч (ватт-часов) на кг. Поэтому технология далека от футуристических батарей, гарантирующих лучшую плотность, таких как литиевые или твердотельные.
Первые свинцовые аккумуляторы имели внутри жидкую серную кислоту в качестве электролита и требовали постоянного долива воды. В настоящее время вместо этого у нас есть элементы с желеобразными растворами, чтобы избежать опасных утечек, или элементы типа AGM (Absorbed Glass Mat), ткань из стекловолокна, пропитанная электролитом. Прежде чем достичь этих целей, первобытные электромобили были тяжелее из-за аккумуляторных батарей и требовали множества проверок. Кроме того, он демонстрирует довольно плохую автономность.
Появление никель-металлогидридных аккумуляторов
Первый поворотный момент произошел со Стэнфордом Овшинским, американским инженером и ученым, который изобрел никель-металлогидридную (NiMH) батарею. В отличие от свинцового, в качестве катода используется гидроксид никеля (Ni) — сплав, поглощающий водород (MH) в качестве анода и гидроксид калия в качестве электролита.
По сути, эти батареи обеспечивают более высокую плотность энергии, чем их свинцовые аналоги, то есть около 70 Втч/кг. И, следовательно, большая мощность, стабильность и более длительный срок службы. И, что не менее важно, большая безопасность обеспечивается наличием гидроксида калия вместо серной кислоты. Хотя есть и недостаток, а именно определенная чувствительность к нагреву и перегреву.
NiMH-аккумуляторы стали повседневно использоваться в электронных устройствах, таких как ноутбуки, смартфоны и гибридные автомобили. В частности, в автомобильном секторе этот тип ячеек начал появляться в конце 1990-х годов.
Применение NiMH аккумуляторов в автомобильном мире
Некоторые производители используют NiMH. Давайте вспомним о новаторском EV1 компании General Motors, первом серийном электромобиле, появившемся в конце девяностых. Или Toyota с RAV4 EV, по крайней мере, до тех пор, пока Chevron не купила патент в 2001 году и не подала в суд на японский бренд за нарушение авторских прав. В любом случае Toyota может использовать NiMH аккумуляторы для гибридных автомобилей вне юридического спора с американской компанией.
Несмотря на появления новых типов аккумуляторов нередко требуется прикурить автомобиль.
Но этого типа аккумулятора было еще недостаточно, чтобы обеспечить популярность электромобилей среди потребителей. И прежде всего, возможность иметь транспортные средства с достойной автономностью и хорошими характеристиками.
|
