Jednym z największych problemów współczesnej motoryzacji, a w szczególności zasilania silników elektrycznych są baterie. Większość producentów nadal wykorzystuje sprawdzone baterie litowo-jonowe lub NI-MH (niklowo-metalowo-wodorkowe). Ale już na horyzoncie pojawiły się jeszcze lepsze, a przede wszystkim wydajniejsze i względnie tanie magnezowo-jonowe. Powiew nadziei znów rozsyła pozytywną energię z kierunku TOYOTY.
fot. solarninovinky.cz
Obecnie produkowane baterie do samochodów elektrycznych nie są doskonałe
Dziś samochody elektryczne, na jednym ładowaniu mogą przejechać niewiele kilometrów, w stosunku do tradycyjnego paliwa jakim jest ON lub Pb 95. Dla przykładu nowy Nissan Leaf – baterie litowo-jonowe 30 kWh - wydłużył zasięg do 250 km w ruchy miejskim (bez włączonej klimatyzacji). Zaś TESLA S model P 85 do 460 km (wydajność energetyczna 85 kWh). Jednak problemem aut elektrycznych nie są akumulatory jako takie, tylko ich długi czas ładowania i masa. Dlatego dość umiejętnie tę niszę wypełniły samochody z ogniwami paliwowymi fuel cell Toyoty, Hondy i Hyundaia. Jednak Elon Musk, szef Tesli zapowiada, że to się zmieni za sprawa punktów ładowania Battery Swap (punkty zamiany baterii). Niestety, podmiana baterii nie jest najlepszym rozwiązaniem, przekonało się o tym Renault i Hyundai. Właściciele aut nie chcą zostawić swoich akumulatorów na tzw. podmianę. I tu jest sytuacja patowa, z którą nawet wizjoner E. Musk nie może sobie poradzić. Ty Czytelniku pewnie tez nie chciałbyś pozostawić dobrych, nowych baterii na wymianę, otrzymując w zamian kilkuletnie o nieznanej wydajności energetycznej.
Dlatego zarówno Toyota, jak i kilka innych koncernów chce wprowadzić najnowsze akumulatory magnezowo-jonowe. Już w 2012 roku największy koncern motoryzacyjny na świecie i jego amerykańska filia (Północnoamerykański Instytut Badawczy) zaprezentowała wyniki swoich doświadczeń o których przypominamy w dużym skrócie.
fot. TESLA / zasięg Tesli S w zależności od prędkości jazdy
Akumulatory magnezowo-jonowe wykorzystują te same elektrolity co akumulatory litowo-jonowe; jedyną różnicą jest anoda wykonana z cyny. Baterie mają dwukrotnie większą pojemność w stosunku do masy niż konkurencyjne akumulatory litowo-jonowe, a po drugie mogą być od nich tańsze w produkcji.
Magnez ma zastąpić lit
Kolejna modyfikacją polegająca na zastąpieniu litu (pierwiastka stosunkowo rzadkiego w przyrodzie) magnezem wydaje się być kolejnym etapem rozwoju.
Akumulatory litowe, obecne dziś praktycznie obecne we wszystkich autonomicznie zasilanych urządzeniach, takich jak smartfony, tablety, laptopy i drony – zdominowały dział zasilania elektrycznego. Ich główne zalety to duża gęstość energii, czyli zdolność gromadzenia dużej ilości prądu przy małej masie i wymiarach, a także możliwość bardzo szybkiego ładowania i brak efektu pamięciowego, powodującego szybką degenerację ogniw starszych generacji.
Akumulatory litowe, jak powiedzieliśmy dość powszechnie są wykorzystywane w samochodach elektrycznych. Aczkolwiek i w nich znajdziemy śladową obecność magnezu. *
*/ typowy akumulator litowo-jonowy składa się z katody z grafitu oraz anody wykonanej z litu wraz z określonym tlenkiem metalu – najczęściej tlenkiem kobaltu lub tlenkiem magnezu, albo fosforanem żelaza. Między nimi znajduje się elektrolit.
Nieco więcej o magnezie
Przełomem w konstrukcji akumulatorów nowego typu, przede wszystkim lżejszych i wydajniejszych mogą okazać się osiągnięcia badaczy z Toyota Research Institute of North America (TRINA), którzy poinformowali ostatnio o istotnych postępach w pracach nad stworzeniem ogniw, w których lit zastąpiono magnezem. Magnez ma nad litem wiele przewag – jest od niego znacznie bardziej rozpowszechniony, bardziej stabilny (a więc jego zastosowanie praktycznie wyeliminuje niebezpieczeństwo pożaru, jakie stwarzają ogniwa litowe), a jako pierwiastek dwuwartościowy tworzy jony przenoszące dwukrotnie większy ładunek, niż w przypadku jednowartościowego litu.
Objętościowa gęstość energii wynosi w przypadku magnezu 3,833 mAh/cm3 w porównaniu do 2,036 mAh/cm3 dla litu. Dotychczas jednak prace nad akumulatorami magnezowo-jonowymi hamowane były przez trudności ze znalezieniem odpowiedniego elektrolitu, który nie powodowałby szybkiej korozji elektrod.
Naukowcom z TRINA udało się rozwiązać te problemy dzięki zastosowaniu elektrolitu opartego na magnezowych solach monokarboranów (MMC) – kompleksowych związków zawierających bor. Badając różne związki tego rodzaju naukowcy odkryli, że aniony o wzorze CB11H12 zapewniają wysoką trwałość magnezowych elektrod i umożliwiają konstruowanie ogniw o znakomitych parametrach. Na praktyczne zastosowanie tych osiągnięć przyjdzie nam trochę poczekać, jednak widmo „litowego kryzysu” nigdy już nie będzie takie groźne.
IBM i Instytut Fraunhofera
naukowcy z giganta komputerowego firmy IBM pochwalili się, że udało im się skonstruować prototyp tzw. oddychającej baterii produkującej energię elektryczna pobierając tlen z powietrza.
Nie jest to już odosobniony przypadek. Podobne badania nad akumulatorami litowo-jonowe z udziałem powietrza (tlenu) lub siarki prowadzi się także w Niemczech. Dla przykładu naukowcy z Instytutu Fraunhofera w Oberhausen (Fraunhofer Institute for Environmental Safety and Energy Technology UMSICHT) pracują obecnie nad bateriami typu Redox – Flow o wielkości ogniwa 0,5 m2 gdzie można zmagazynować aż 25 kW (mocy użytecznej) . Baterie te mogą służyć do jako napędu lekkich pojazdów elektrycznych.
Źródło: materiały prasowe Toyoty, solarninovinky.cz