Ponieważ rynek pojazdów elektrycznych nadal nabiera rozpędu, niektórzy nabywcy samochodów nadal mają obawy dotyczące zasięgu i bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych. Aby odpowiedzieć na te uzasadnione obawy, poświęca się dużo pieniędzy i czasu na opracowywanie nowych technologii akumulatorów.
W ostatnich latach firmy inwestują w starą, ale ulepszoną baterię na bazie aluminium i powietrza, która ma potencjał znacznego rozwoju branży EV. Akumulator aluminiowo-powietrzny (Al-air) wydaje się być przełomowym akumulatorem EV, ale czy to wszystko szum?
Co to jest bateria aluminiowo-powietrzna?
Pojazdy elektryczne odgrywają kluczową rolę w osiągnięciu zerowej przyszłości netto. Jednakże, lęk przed zasięgiem a kwestie bezpieczeństwa związane z akumulatorami litowo-jonowymi są przeszkodami hamującymi rozwój rynku pojazdów elektrycznych. Akumulatory litowo-jonowe przewodziły rewolucji pojazdów elektrycznych, ale ich zasięg wciąż jest ograniczony do 400 mil, co może stwarzać problemy podczas długich podróży drogowych.
Kłopoty ze znalezieniem stacji ładowania w odległych obszarach i czekanie, aż Twój pojazd elektryczny zostanie naładowany, mogą zniechęcić potencjalnych nabywców. Inne postrzegane problemy z baterią litową, takie jak degradacja baterii, wycieki i przeładowanie, również nie pomagają w jej przypadku. Przy całej innej dostępnej technologii akumulatorów akumulatory Al-air cieszą się tak dużym zainteresowaniem, ponieważ nie trzeba ich ładować.
Koncepcja tych akumulatorów sięga lat 60-tych. Ale ponieważ jego elektrolit był niebezpiecznie żrący i trujący, nie mógł być używany komercyjnie. Trevor Jackson, oficer inżynier w Królewskiej Marynarce Wojennej Wielkiej Brytanii, zaczął eksperymentować z akumulatorem w 2001 roku, czyniąc go bezpiecznym w użyciu. Baterie Al-Air są wykonane z płyty ze stopu aluminium jako anody, katody powietrznej, nietoksycznego elektrolitu, takiego jak woda, oraz srebrnego katalizatora.
Jak działa akumulator aluminiowo-powietrzny?
Tradycyjne akumulatory EV mają dwie elektrody, jedną katodę i jedną anodę, wykonane z różnych materiałów, z elektrolitem pomiędzy nimi. Gdy bateria jest używana, jony przepływają z anody przez elektrolit do katody. Podczas ładowania jony płyną w przeciwną stronę z powrotem do anody.
Baterie Al-Air działają podobnie do ogniw paliwowych. Wykorzystuje aluminium na anodzie i tlen na katodzie. Rezultatem jest znacznie wyższa gęstość energii. Około osiem do dziewięciu razy większa niż obecne akumulatory litowo-jonowe stosowane w pojazdach elektrycznych, znaczny wzrost mocy. Gęstość energii mierzy, ile energii może zgromadzić bateria na jednostkę masy. Gęstość mocy mierzy, ile chwilowej energii może dostarczyć na jednostkę masy.
Anoda uwalnia elektrony podczas utleniania aluminium, podczas gdy katoda redukuje tlen, uwalniając elektrony, wytwarzając w ten sposób energię elektryczną. Obciążenie może być zasilane prądem elektrycznym generowanym przez elektrony poruszające się w obwodzie zewnętrznym. Efektem końcowym jest biały proszek, który tworzy się na anodzie.
Zalety i wady akumulatorów aluminiowo-powietrznych
Aluminium jest trzecim najczęściej występującym zasobem naturalnym w skorupie ziemskiej i najbardziej rozpowszechnionym metalem na ziemi, więc prawdopodobnie nigdy go nie zabraknie. Dzięki swojej miękkości aluminium jest łatwe w obróbce i jest stabilne w przeciwieństwie do litu. Co więcej, jest nietoksyczny. Poniżej przedstawiono inne zalety akumulatorów Al-powietrze w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi:
- Tańszy w wykonaniu
- Stabilność
- Niższy ślad węglowy w zakresie wydobycia i rafinacji
- Magazynuje znacznie więcej energii
- Lżejszy niż większość innych akumulatorów, ponieważ akumulator jest wykonany z aluminium i powietrza
- Wysoce nadający się do recyklingu
Pomimo zalet, ta bateria ma kilka wad. Po pierwsze, ma tę wadę, że jest baterią podstawową. Zasadniczo nie można go naładować, gdy bateria jest rozładowana lub pusta. Ponadto powietrze wewnątrz akumulatora powoduje korozję aluminiowej anody. Dlatego aluminiowa płyta w akumulatorze wymaga wymiany, co może być kosztowne. Dodatkowo na koszty produkcji baterii mogą wpływać wahania ceny srebra zawartego w baterii.
Problemy z bateriami litowo-jonowymi
Naukowcy opracowują lepsze akumulatory ze względu na wady akumulatorów litowo-jonowych, które dominują na rynku pojazdów elektrycznych. Lit, nikiel i kobalt stosowane w akumulatorach litowo-jonowych to metale ziem rzadkich, które można znaleźć tylko w niektórych częściach świata. Obecnie pojazdy elektryczne stanowią 6% pojazdów na drogach, a wydobycie tych metali jest już w toku; wyobraź sobie, kiedy liczba EV wzrośnie do 50% lub 80%. Inne wady akumulatorów litowo-jonowych to:
- Drogie w produkcji, chociaż ceny spadły
- Niestabilność litu
- Nacisk na sieć krajową
- Drogie i wyrafinowane sieci ładowania
- Skutki dla środowiska związane z wydobyciem i rafinacją, chociaż więcej baterii litowych jest poddawanych recyklingowi
Wymiana baterii a ładowanie
Przy rozważaniu należy wziąć pod uwagę czynniki wymiana baterii a ładowanie. Aby uzyskać taki sam zasięg na jednym ładowaniu, potrzebny byłby akumulator o wielkości 1/8 akumulatora litowo-jonowego. Dzięki mniejszej wadze akumulatorów Al-air pojazdy elektryczne będą mogły podróżować dalej, zwiększając ogólną wydajność.
Łatwiej i wygodniej będzie też zapakować akumulator w łatwo dostępnym miejscu w pojeździe elektrycznym, aby można go było łatwo wymienić w razie potrzeby. Niektóre firmy oszacowały czas wymiany aluminiowo-powietrznego akumulatora elektrycznego na zaledwie trzy minuty, dzięki czemu właściciele pojazdów elektrycznych mogą szybko wrócić na drogę.
Według szacunków akumulatory Al-air wystarczają na około 5400 mil. Pytanie brzmi: dlaczego ktoś miałby jechać tą trasą zamiast doładować? Dzięki pojazdowi elektrycznemu zasilanemu powietrzem Al-air możesz pojechać znacznie dalej bez szukania stacji ładującej. Innym powodem jest to, że wymiana wyczerpanej baterii Al-air na regenerowaną jest znacznie tańsza niż koszt wymiany baterii Tesli. Ponieważ jedyną wymienną częścią są aluminiowe płyty, które można w 100% poddać recyklingowi, płacisz za przejechane mile.
Czy akumulatory aluminiowo-powietrzne to przyszłość?
W dzisiejszych pojazdach elektrycznych możliwe jest stosowanie akumulatorów Al-powietrze. Baterie te prawdopodobnie zyskają na popularności, ponieważ stacje wymiany baterii staną się bardziej rozpowszechnione. Do tego czasu można je również wykorzystać do rozszerzenia zasięgu pojazdów elektrycznych z akumulatorami litowo-jonowymi, rozwiązując problem konieczności ładowania, gdy nie jesteś w stanie.
Ostatecznie nabywcy pojazdów elektrycznych będą mieli możliwość wymiany akumulatorów lub ładowania swoich pojazdów, ostatecznie tworząc bardziej wszechstronny rynek pojazdów elektrycznych z korzyścią dla wszystkich. W rezultacie przejście do świata całkowicie opartego na pojazdach elektrycznych będzie nadal przyspieszać.
