Аккумулятор из будущего
Купил аккумулятор вчера, который судя по маркировке, будет сделан 9 января 2024 года.
Купил аккумулятор вчера, который судя по маркировке, будет сделан 9 января 2024 года.
Как известно, в начале XX века состоялся массовый переход от конной тяги к автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Теперь мы стоим на пороге еще одного перехода: от традиционных авто с ДВС к электромобилям. В переходный период и старые, и новые транспортные средства передвигаются в соседних рядах, но со временем «старички» окончательно сходят с дороги. Достаточно взглянуть на заголовки в СМИ, чтобы понять, кому придется уйти сейчас: «В ЕС запретили выпуск автомобилей с ДВС с 2035 года», «В США собираются запретить двигатели внутреннего сгорания», «Британия запретит ДВС даже в гибридах уже с 2035 года». Кого-то такое положение дел огорчает, кого-то радует, но ничего не поделаешь — прогресс.
Уличное движение в Лондоне, начало XX века.
При этом официальная позиция многих государств и чиновников гласит, что электромобили — безусловное благо. В преимущества таких машин записывают выгодную эксплуатацию, возможность получения льгот от государства, простоту и удобство использования, ну и самый главный плюс — экологичность. Предлагаю взглянуть на эти вопросы с учетом всемирного масштаба электрификации транспорта (очевидные проблемы вроде вреда от аккумуляторов и сложностей зарядки затрагивать не будем). Как и в случае с «зеленой» энергетикой, к электромобилям есть множество вопросов, а выводы могут показаться неожиданными.
Начнем с самого простого — дешевизны «топлива». Тут, казалось бы, все понятно. Так, одна из первых статей в Интернете по этому вопросу выдает такие данные:
100 км пути на автомобиле с ДВС обойдутся от 400 до 1000 рублей (в зависимости от расхода топлива);
100 км при зарядке от бытовой сети с одноставочным тарифом для домохозяйств обойдутся от 80 до 100 рублей (а при использовании «ночного тарифа» цифры еще меньше).
Казалось бы, шах и мат бензиновым машинам. Но не все так просто: при зарядке по тарифам «быстрых» зарядных терминалов (а именно такими придется очень часто пользоваться) за 100 км пути придется выложить 340 — 425 рублей, что уже соизмеримо с традиционными автомобилями.
А теперь масштабируем ситуацию до всеобщего перехода на электротягу. Миллионы автомобилей станут крупными потребителями электроэнергии, государству придется закладывать строительство новых электростанций, запасать для них топливо, увеличивать пропускную способность передающих сетей, строить подстанции и так далее. Очевидно, что финансирование всех этих работ надо будет закладывать в тариф на электроэнергию. При этом «ночной тариф» может стать даже выше дневного, так как у множества водителей будет возможность только ночной зарядки и нагрузка на электросети возрастет именно в это время суток.
По итогам этих мероприятий «заправить» автомобиль электричеством станет гораздо дороже, чем бензином. А какая-нибудь бабушка, у которой в жизни не было автомобиля, очень удивится, почему пришел счет «за свет», значительно превышающий ее возможности по оплате.
Несправедливость этой ситуации усугубится и тем, что в стоимость бензина и другого топлива заложены сборы, которые должны тратиться на строительство дорожной инфраструктуры и другие нужды водителей. Примерно 30% стоимости литра бензина в России — это налоги на добычу полезных ископаемых и на доход, а 21% — акцизы. При отказе от бензина эти сборы придется заложить в те же тарифы на электроэнергию и раскидать по другим налогам, что повысит финансовую нагрузку на все категории граждан. Получается, наша бабушка будет оплачивать и возросший спрос на электричество, и ненужные ей акцизы.
Однако основная проблема электротранспорта не совсем в тарифах. В конце концов, к ним можно адаптироваться, а государство сможет (или не сможет) ввести субсидирование этой сферы и грамотно все регулировать. «Так а в чем главный подвох всеобщего перехода на электромобили?», — спросите вы. Давайте разберемся.
Практически у всех нас есть родственник или знакомый, который владеет не новым автомобилем (у нас в семье есть «Жигули» старше 30 лет), бережно к нему относится, ухаживает и периодически использует для поездок на дачу или рыбалку. Таких водителей не заботит наличие модных фишек в виде экранов и подсветки, а главный показатель качества авто — надежность и ремонтопригодность. Спрос на такие машины достаточно высок, есть и предложение.
Красавец «Москвич 2140» 1983 года выпуска, цена 500 000 рублей, 40 лет проездил и еще столько же сможет! (Комментарий продавца).
Сейчас молодые читатели, особенно из крупных городов, возразят: «Ну, автор, ты загнул. Пишешь про старье для пенсионеров!». Автор же ответит, что тенденция бережного отношения к автомобилям и продления их срока службы в последние годы доминирует по всему миру. Так, в «автомобильном рае» — США — в 1995 году средний возраст легкового автомобиля (Passenger Cars) составлял 8,4 года, а уже в начале 2000-х этот показатель подобрался к 10 годам (данные от Бюро транспортной статистики США). Как следует из публикации агентства S&P Global Mobility, в 2023 году средний возраст «среднего» американского автомобиля достиг отметки 12,5 лет, а легкового — 13,6 года. И это только в богатой Америке и то, что удалось выудить из официальных источников. В процессе работы над данным материалом попадались статьи с куда более резкими перепадами в цифрах, особенно печальна ситуация в небогатых странах. Но даже этих официальных данных достаточно для фиксации тенденции: чем дальше, тем дольше придется ездить автомобилям.
Средний возраст автомобилей разных типов в США.
При беглом взгляде на статистику можно подумать, что раньше автомобили были некачественными и «умирали» раньше, а теперь качество достигло невиданных высот. Однако это совсем не так: в сытые 90-е и 2000-е даже исправный автомобиль часто сдавался на утилизацию, потому что вышел из моды, а в последние кризисные годы покупатели не спешат раскошеливаться на новые модели. Причина проста — инфляция, снижение покупательной способности и прочие экономические трудности. Учитывая события последних лет — пандемию, санкционные войны, возможный дефолт в США, — несложно догадаться, что срок эксплуатации автомобилей будет только увеличиваться и к 2030 — 2035 годам может легко превысить 15 лет. И вот тут, как говорится, следите за руками.
Есть богатые и авторитетные автомобильные корпорации, которые могут влиять на свою власть, есть советы директоров и акционеры, которые хотят только одного — увеличения прибыли. Есть европейские и американские чиновники, которым нужно стимулировать спрос для запуска производств и пополнения бюджетов, есть «непутевые» потребители, которые раньше заносили деньги раз в 8 лет, а скоро и раз в 15 лет от них не дождешься. Есть раскрученная тема с экологией. Как все это объединить в одно целое, чтобы всем было хорошо, а заплатили, как всегда, простые граждане?
Вы уже все поняли: создаем ажиотаж вокруг электромобилей, принимаем нормы о запрете ДВС до 2035 года, пиаримся на экологии, продаем транспорт на «новой энергии», получаем деньги. О проблемах с деградацией батарей даже при простое транспорта «забываем». И больше никаких 30-летних «Жигулей» и 40-летних «Москвичей», никаких сроков жизни по 13,6 года — раз в 5-8 лет владелец электромобиля вынужден будет раскошелиться и сменить авто (или его батарею, что сопоставимо с затратами на покупку машины сейчас). Да, еще один приятный бонус для производителя: стоимость среднего электромобиля выше, чем традиционного авто, значит, и доходы больше.
Также электромобили помогают устранить еще одну неприятность для производителей — вторичный рынок. Раньше автомобиль мог отъездить свой срок в США или Европе, а потом продавался в Мексику или страны СНГ, где эксплуатировался в разы дольше (а потом уходил в страны, которые еще беднее). С электромобилями вариант покупки б/у авто «за копейки» не пройдет — после первого срока эксплуатации как минимум придется делать капитальный ремонт с заменой батареи. Или покупать новую машину. Да, дорого и невыгодно для бедных покупателей из развивающихся стран, зато очень понравится производителям.
Подводя итог, с горечью можно заключить, что вся раздуваемая суета вокруг электромобилей только лишь из-за денег, а экологическая ширма в очередной раз используется для прикрытия этого неприглядного факта.
Источник: mobile-review
Вступление.
Здесь представлена базовая информация о электрокарах, их приемуществах, недостатках и задачах встающих на пути их развития.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И БАТАРЕЯ
Эффективность электродвигателя.
Электродвигатель обладает большим КПД за счет того что не нужно преобразововать прямоленейное движение поршня во вращение и достигает 90%. КПД ДВС - 30%.
https://www.drive2.ru/b/607971/
Сложность сборки ДВС по сравнению с электродвигателем.
Да чё там движок собрать, минута делов. Сам видел
https://www.youtube.com/watch?v=OloqVongHlA
Заявлення дальность хода.
Зависит от протокола по которому он определяется.
В мире принят идейно верный протокол WLTP который учитывает разные манеры движения.
Например Китайские производители определяет дальность хода электричек по радужному протоколу NEDC который раздувает дальность по WLTP на 20-40%. Поэтому сразу "охладите траханье" когда видите китайца с проходимым расстоянием 700-800км.
Так же существует характерный для США метод подсчета - EPA.https://pikabu.ru/story/40_modeley_yelektromobiley_sravnili_po_zapasu_khoda_pri_20c_8702155
Фактическая дальность хода.
Зависит от сопротивления воздуха, скорости и дополнительных потребителей, таких например как отопление.
Рекупиратор.
Устройство возвращающее часть электроэнергии когда машина идет накатом. Является частью тормозной системы (тоесть когда вы нажимаете педаль тормоза сначала вклчается рекупиратор, а потом уже сами тормоза если педаль дожимать).
Возвращает 1-3% батареи в зависимости от условий.
Практика показала, что эта система не эффективна при низких температурах.
Возгорание батарей.
При значительных повреждениях батареи, ошибках бортовой электроники, некорректной работе зарядных станций аккумуляторы возгораются.
Проблемма решается продвинутой системой управления батареей и поиском принипиально новой батареи.
ЗАРЯДКА И ИНФРАСТРУКТУРА
Экспресс зарядка.
Несмотря на крайне быструю зарядку, это насилует батарею снижая ее ресурс.
Так же они есть не везде.
Ответ на пост «Электрокары Владимир-Москва»
Медленная зарядка.
Зарядка в щедящем режиме будет заряжать до 80% несколько часов. По сравнению с обычным ДВС, это вечность при дальних пеереездах (да и при любых переездах.)
Инфраструктура.
Чтобы электрокары получили значительное распросронение необходима обширная система зарядок.
Для этого необходим запрос в обществе или политик с сильной политической волей.
Собственно все приемущество ДВС сейчас строится как раз на уже существующей, всеобъемлющей и надежной инфраструктуре.
В Москве и других крупных городах, можно заказать установку столба с встроенной зарядкой для электромомбилей.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Электрокар требует меньше расходников.
Электрокару не нужны масляные и топливные фильтра, масло для АКПП и масло для двигателя.
Электрокар более долговечен.
Электрокар требует меньше обслуживания чем ДВС и ходит дольше без поломок, так как главный силовой агрегат это магнит который крутит другой магнит.
https://www.ixbt.com/news/2022/01/07/tesla-model-s-1-5.html
Динамика разгона.
Нет передаточных моментов разгон до 100 значительно быстрее чем у ДВС.
Повышенный крутящий момент приводит к ускоренному износу покрышек.
Высокая масса.
Электромобиль обладает очень большой массой.
Миниатюрный ID3 весит 2т, в то время как монструозный на его фоне Outlender, всего 1.5т.
Удручающее соотношение плотности энергии на 1 кг массы батареи. Чем тяжелее батарея тем больше должна быть батарея чтобы дальше тащить машину.
Дополнительно это повышает требование к тормозной системе.
Безопасность при столкновении.
Электромобили легко получают высший класс безопансости на краш тестах в основном по причине того, что все днище автомобиля, это по сути защитная рама батареи.
Печка в мороз.
Печка жрет аккумулятор как сумасшедшая. Поэтому, либо едите 200км и мерзнете, либо 100км в комфорте (цифры взяты умозрительно).
В шутку или нет, некоторые высказывали предположения об установке компактных дизель солярных нагревателей.
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
Экологичность.
Напрямую зависит от развития технологии переработки батарей и истичника электроэнергии.
Переработка аккумуляторной батареи.
Системы по пререботке литий ионных аккумуляторов разрабатываются уже 10 лет.
Это сугубо технический вопрос и он будет решен еще до того как вопрос встанет остро.
Учёные выяснили, как легко продлить жизнь литиевых аккумуляторов на 30 %
Источник энергии.
Автомобиль заряжается электроэнергией. Электроэнергия в сети поступает из нескольких источников:
- угольная, газовая электростанция
- АЭС
- возобновляемая энергетика (ветер, солнце, вода)
О какой либо экологичности можно говорить только в двух последних случаях.
ПОЛИТИКА
Политика.
Правительства стран идущие по пути электрификации личного транспорта убирают транспортный налог, а некоторые и НДС. Выделяют дотации, и стоянки в городах для них бесплатны. Также можно заказать поставить столб освещения с зарядкой рядом со своим домом.
Коннекторы (вилка втыкающаяся в машину для зарядки).
На данный оммоент распространены: CCS plug, Mennekes, Chademo.
Определенно они требуют унификации и стандартизации.
Высокая цена в РФ.
У граждан РФ недостаточно покупательной способности чтобы сформировать рынок электрокаров. А без рынка развитие инфраструктуры будет идти очень медленно.
Все это делает применение электрокара вне города и в дальних поездках сомнительным.
ВЫВОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Перспективы.
Думаю все согласны, что вытеснение ДВС электротранспортом - вопрос времени.
На базе именно этого транспорта будет развиваться беспилотная система.
Сейчас основная проблемма Электротранспорта - это разработка принципиально нового типа батареи. Она должна обладать повышенной емкостью, медленной деградацией, способностью быстро принимать электрический ток и пожаробезопасностью без значительного увеличения ее массы.
Наиболее популярные электромобили в мире.
Tesla Model 3, Nissan Leaf, Renault Zoe и BMW i3. В будующем к ним присоедениться VW с линейкой ID на универсальной платформе MEB.
P.S. Приветствуется критика, будем дополнять по мере поступления разумных мыслей.
Особая благодарность: Joghyrt, Prig0relli, BlackPinkerton, Poscotina, MikaAliev, PSA1974, AlexisSinclair и многим другим.
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
Украинская компания Coolon Motors из г.Кривой Рог, ранее называвшаяся Murmuration Technology, разработала лёгкий коммерческий электрический грузовик Coolon и в 2022 году начинает его выпуск. Предположительно производство грузовика в 2022 году составит 2000 электромобилей, в последующие годы компания планирует нарастить темпы производства до 20 000 автомобилей в год. Автомобиль сможет перевозить грузы от 1,5 до 2,5 тонны, а запас хода будет составлять от 200 до 300 километров.
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали электролит, который обещает до двух раз увеличить ёмкость литиевых аккумуляторов. Важность подобного изобретения трудно переоценить. Для транспорта на электрической тяге двукратное повышение ёмкости батарей без увеличения объёма и веса аккумуляторов стало бы настоящей революцией.
Слева литиевый анод в трещинах при работе в обычном электролите, справа целый — в перспективном. Источник изображения: MIT
Интересно, что новый электролит первоначально был разработан для перспективных литиево-воздушных аккумуляторов. Но они появятся ещё не скоро, зато разработка показала себя необычайно хорошо в составе литиево-металлических аккумуляторов.
Известная проблема литийметаллических аккумуляторов — это разрушение электродов (анода и катода). В частности, анод из металлического лития, который существенно повышает ёмкость и эффективность работы литийметаллических аккумуляторов, в процессе работы теряет литий путём его безвозвратного растворения в электролите.
Испытания нового электролита в составе литиево-металлического аккумулятора с металлическим анодом и катодом из оксидов лития, никеля, марганца и кобальта показало, что поверхности электродов не теряют металлы (не растрескиваются) и самоочищаются во время циклов заряда и разряда.
«Электролит химически устойчив к окислению высокоэнергетических материалов, богатых никелем, предотвращая разрушение частиц и стабилизируя положительный электрод во время цикла, — сказал Ян Шао-Хорн (Yang Shao-Horn) из Массачусетского технологического института. — Электролит также обеспечивает стабильную и обратимую очистку и покрытие металлического лития, что является важным шагом на пути создания перезаряжаемых литийметаллических батарей с энергией, вдвое превышающей энергию современных литийионных батарей.
В перспективе с новым электролитом ёмкость литийметаллических аккумуляторов может достичь 420 Вт·ч/кг, тогда как современные литийионные аккумуляторы с среднем демонстрируют 260 Вт·ч/кг. К сожалению, вещество, на котором основан перспективный электролит, современная промышленность не производит. Учёные обещают разработать техпроцессы, чтобы исправить это положение.
Вечный вопрос: как эффективно накапливать и компактно хранить электроэнергию?
Ученые предлагают необычное решение: использовать в роли аккумуляторов кирпичи, покрытые специальным полимером. Материал под названием PEDOT состоит из нановолокон, которые прокладывают себе путь внутрь пористой структуры кирпичей, тем самым превращая их в «ионную губку». Именно она проводит и хранит энергию.
Подходят для этих целей, правда, не любые, а исключительно красные кирпичи — поскольку только в них содержится оксид железа, необходимый для полимеризации. Зато если технология будет развиваться, то из таких кирпичей можно будет строить целые дома, используя их как суперконденсаторы.
Американская транснациональная корпорация Wabtec начала заводские испытания на заводе в Эри опытного локомотивного аккумулятора мощностью 4 400 л.с. в преддверии пробных испытаний аккумуляторного электровоза с BNSF, которые планируется провести в последнем квартале этого года.
BNSF, трансконтинентальная железная дорога Северной Америки и GE Transportation (сейчас Wabtec) начали разработку аккумуляторного грузового электровоза в 2018 году при поддержке гранта от Калифорнийского совета по воздушным ресурсам в рамках программы грузовых перевозок с нулевой и близкой к нулю эмиссией. Прототип BNSF оснащен литий-ионным накопителем энергии с 20 тыс. ячеек, содержащих комбинацию никеля, марганца и кобальта.
Испытания должны проводиться на 560 км трассе в Калифорнии. Локомотивный аккумулятор во время испытаний будет запускаться с обычными дизель-электрическими локомотивами между Барстоу и Стоктоном, где будет установлена зарядная станция.
Стационарная зарядная станция будет обеспечивать начальный заряд, - локомотив был спроектирован для захвата кинетической энергии посредством динамического торможения каждый раз, когда поезд замедляется. Локомотив будет использовать усовершенствованную версию программного обеспечения Wabtec для управления энергопотреблением поездов, чтобы рассчитать, как наилучшим образом использовать имеющуюся мощность для снижения общего расхода топлива в поезде. Работа от батареи также позволит другим локомотивам работать вхолостую или отключаться, уменьшая выбросы.
"Сейчас мы разрабатываем и тестируем локомотив "следующего поколения", чтобы развить наше преимущество перед дальнобойщиками, сохранить конкурентоспособность и снизить эксплуатационные расходы", - отметил вице-президент BNSF по окружающей среде Джон Ловенбург.
(с) "Центр транспортных стратегий"
Оказывается если пробурить очень глубокую скважину, подвесить несколько тонн грузик, то такая штука может аккумулировать огромные объемы энергии, это очень хорошая новость для возобновляемой энергии, будет возможно превратить непостоянные ветер и солнце в надежные источники, и в отличии от литий-ионный батареек - такая штуковина с небольшими ремонтами механических частей прослужит ооочень долго.
По подсчетам ученых: в данный момент гравитационный аккумулятор способный запасать 10 Мегаватт*ч - по стоимости создания будет стоить примерно как 10 Мегаватт*ч литиевых батареек!