Нужна ли электромобилям аккумуляторная революция?
Многие страны мира пророчат конец эпохи двигателя внутреннего сгорания. Не так давно Франция, Индия и Норвегия сообщили о решении прекратить реализацию бензиновых и дизельных автомобилей к 2040 году.
Некоторые автопроизводители уже сейчас стараются удовлетворить потребительский спрос на электрокары, дабы завоевать первенство среди конкурентов. В частности, Volvo обещает, что с 2019 года весь новый модельный ряд компании будет оборудован электрическими двигателями.
Современные электродвигатели компактны, чрезвычайно эффективны и не выделяют токсичных выбросов в месте эксплуатации. Однако каждый из них нуждается в аккумуляторной батарее, задача которой состоит в хранении и подаче электроэнергии. Именно этот момент считается основным камнем преткновения для электромобилей.
Над чем нужно подумать?
Сегодня большинство электрокаров используют литий-ионные аккумуляторные батареи, также применяемые для питания смартфонов, планшетов и ноутбуков. И хотя с 2010 года электрические аккумуляторы подешевели приблизительно на 80%, они по-прежнему остаются дорогостоящими. К примеру, замена аккумулятора на GM Chevrolet Bolt обходится в 12,150 евро — это более 40% стоимости всего автомобиля. Так что пройдёт не одно десятилетие, прежде чем цены на электромобили упадут до уровня стоимости бензинового транспортного средства.
Несмотря на то, что электродвигатели считаются намного эффективнее двигателей внутреннего сгорания, аккумуляторные батареи для них могут хранить лишь небольшую часть энергии в ископаемом топливе. Некоторым из сегодняшних электромобилей заряда аккумуляторной батареи хватает на пробег в 160 километров.
Литий-ионные аккумуляторные батареи не так взрывоопасны, как бензин, однако обращение с ними предусматривает соблюдение определённых мер безопасности. Аккумуляторные батареи требуют охлаждения для предотвращения перегрева. К тому же они содержат легковоспламеняющиеся жидкие электролиты, которые легко загораются при повреждении батареи.
Чего удалось достичь
Рассматривая тему электромобилей, необходимо учесть три важных момента: стоимость, плотность энергии и безопасность.
Плотность энергии сегодняшних аккумуляторов составляет 250 ватт-часов на килограмм. Но благодаря общим усилиям учёных Министерства энергетики США, компании Tesla и технологического гиганта IBM, была создана пробная модель аккумулятора с плотностью энергии 500 ватт-часов на килограмм. Такой прогресс говорит об оптимизации современных технологий и создании более масштабных объектов, таких как гигафабрика Tesla, которая сейчас формируется в пустыне Невада.
Стоимость литий-ионных аккумуляторных батарей может снизиться при условии увеличения масштаба производства. Компания Tesla планирует строительство ещё трёх гигафабрик по всему миру, каждая из которых за один год сможет выпускать количество литий-ионных батарей, эквивалентное мировому производству 2013 года.
Следующим шагом на пути к массовому производству электрокаров будет замена графитовых анодов на электроды из кремния. Кремний способен хранить намного больше заряда, чем графит. Однако он имеет свойство расширяться и сжиматься при зарядке и разрядке, а также вступать в реакцию и поглощать электролит. Это является главной причиной, по которой экспериментальные аккумуляторы с кремниевыми электродами выходят из строя быстрее, чем те, что содержат графитовые аноды.
На решение этих проблем может понадобиться несколько лет, зато в результате можно добиться увеличения плотности энергии до 350 ватт-часов на килограмм. А в перспективе есть надежда на разработку литиевых аккумуляторов с достаточной плотностью энергии, позволяющей преодолевать километраж вдвое больше нынешнего.
Итог
Несмотря на множество доработок в перспективе, люди не утратили интерес к электромобилям. Наоборот, такие марки как Nissan Leaf или Ford Focus Electric пользуются довольно немалым потребительским спросом. Тем не менее, самая главная задача автопроизводителей состоит в создании модели, способной преодолевать дальние дистанции. Ведь каждый клиент, решившийся на покупку электромобиля, должен быть уверен в том, сможет без труда добраться до любой задуманной точки на карте.
Поэтому для быстрой адаптации электрокаров также необходимо расширение инфраструктуры зарядки аккумуляторов.