Автомобили с емкими аккумуляторами – вполне реальная перспектива

Из-за высокой стоимости и ограниченного пробега электрические автомобили пока сложно считать привлекательным предложением, и их самые дорогие и ограничивающие составляющие – это аккумуляторные батареи.

Но аккумуляторы сами по себе открывают новые возможности для дизайна, ведь им можно придавать любую форму в отличие от бензобаков, и, кроме того, их можно изготавливать из несущих материалов. Сделав батареи безопаснее с химической точки зрения, ими можно заменить обычные дверные панели и другие части кузова, что в перспективе сделает автомобиль значительно легче, просторнее и дешевле. Именно это и есть один из способов успеха в конкуренции электромобилей с бензиновыми машинами.

Компании Tesla Motors и Volvo продемонстрировали первые примеры их общего подхода к созданию аккумуляторов, которые могут заменить некоторые конструкционные материалы в обычных автомобилях. Десятки других исследовательских групп и компаний предпринимают дальнейшие шаги для производства батарей, которые заменят существующие части машин, такие как кузовные панели и рамы.

В настоящее время возможность применения аккумуляторов в качестве конструкционных материалов ограничена использованием возгораемого электролита, но ученые разрабатывают более безопасные химические вещества для широкого применения. Кроме того, этот подход поднимает ряд практических вопросов: можно ли кузовную панель, сохраняющую энергию, конструировать так, чтоб автомобиль продолжил работать даже с вмятиной на ней?

Как дорого будет стоить такой кузов? Но необходимость продавать больше электрических автомобилей и гибридов, а также соответствовать строгим стандартам экономии топлива заставят автопроизводителей использовать такой дизайн.
Аккумуляторы – это единственная самая дорогая часть в электромобилях, а потому более дешевый способ их производства также снизит цену и на сами электромобили. Но даже без значительных научных открытий новый дизайн батарей может сделать автомобиль легче.

Один из примеров – дизайн аккумулятора для Model S, разработанный компанией Tesla. Металлический кожух, защищающий батарею, также служит для укрепления рамы автомобиля, уменьшая при этом общий объем необходимого металла.
Недавно компания Volvo продемонстрировала другой подход с использованием литий-ионных батарей из тонких пленок материала, которые скатываются или складываются для формирования элемента батареи.

Исследователи из Технического университета Лулео в Швеции в сотрудничестве с компанией Volvo разместили эти пленки между листами углепластика. Получившаяся структура использовалась для замены пластиковых частей кузова и небольших обычных батарей в гибридной версии Volvo S80. (Автомобиль представляет собой гибрид с системой «старт-стоп», использующий аккумулятор для остановки двигателя во время бездействия.)

В рамках перспективных исследований в энергетической сфере под руководством Министерства энергетики США тратится сумма в 37 миллионов долларов на проекты использования аккумуляторов в качестве конструкционных материалов. В двух таких проектах исследователи ищут способы конструирования аккумуляторных батарей, которые смогут накапливать энергию во время аварии, придя на замену материалам, в данное время используемым для безопасности пассажиров.

В большинстве научных разработок, существующих в данное время, все еще используются обычные элементы аккумулятора – те комплектующие, которые в действительности сохраняют энергию. Если есть возможность создать более безопасные элементы, тогда это обеспечит большую гибкость в проектировании автомобиля. Пропадет необходимость упаковывать их в защитные кожухи или же регулировать температуру для предотвращения возгорания.

«Если не заботиться о защите аккумулятора, можно проявить гораздо больше креативности. Перестаешь ограничиваться архитектурой привычных автомобилей», — рассказывает Пинг Лью, принимающий участие в вышеописанном проекте.

С этой целью ряд ученых разрабатывает новые химические формулы, в которых не используются воспламеняемые электроды, а потому аккумуляторы можно безопасно применять в конструкции дверных панелей. Исследователи рассматривают возможность замены легко воспламеняемого электролита менее пожароопасными полимерами, материалами на основе воды и керамикой. Разработав безопасный электролит, исследователи будут искать способы использования электродов в элементах аккумулятора в качестве несущих частей.

У компании Volvo есть экспериментальная версия такой конструкции с использованием углеродных волокон в композитных материалах как для хранения и передачи электрического тока, так и для укрепления композитов. Устройству придали форму крышки багажника. Но производимого им электричества достаточно лишь для нескольких светодиодов, а потому устройство не может заменить аккумулятор в электрическом или гибридном автомобиле.

В Имперском колледже Лондона разрабатывается новая версия, в которой эпоксидная смола, обычно используемая для склеивания углеродных волокон в композите, заменена смесью жестких материалов и ионных жидкостей, способных проводить заряженные молекулы. Таким образом, получается нечто вроде конденсатора большой емкости, способного хранить достаточно энергии для использования вместо аккумулятора в гибриде, оснащенном системой «старт-стоп».

Что касается электрических и гибридных автомобилей с более крупными аккумуляторами, конденсаторы с большой емкостью не могут сохранять достаточно энергии. Так, чтобы обеспечить приличный пробег, некоторые исследователи разрабатывают литий-ионные батареи, в которых для одного электрода используются углеродные волокна, тогда как для другого – обычные литий-ионные материалы. Другие ученые изобрели полимерный электролит, который не воспламеняется, на замену обычному, пожароопасному электролиту.

Получившийся материал даст возможность убить двух зайцев одним выстрелом.
Очевидно, что такой новый электролит и элементы аккумулятора с несущими возможностями требуют еще более десяти лет работы до использования в автомобилях. Трудно обеспечить, чтоб батарея сохраняла большой объем электричества, а также была достаточно крепкой как конструкционный элемент.

На первых этапах такие аккумуляторы следует ожидать в портативной электронике, где несущие батареи заменят традиционные пластиковые корпусы. Но если части машин в один прекрасный день можно будет изготавливать из несущих аккумуляторов, то батареи в конечном итоге превратятся из ограничивающего фактора в хит продаж.

Источник

___________________________________________________________

Трудно быть впереди всех, особенно, когда дело касается высоких технологий. Не редкие случаю, когда компании воруют друг у друга идеи и технологии, вот поэтому нужно устанавливать самые лучшие входные двери для защиты свой информации, и обязательно все патентовать.

 

Очень плохоПлохоНе плохоХорошоОтлично! (Еще нет голосов, оставьте первым)
Загрузка...