Apesar de sua excelente economia de combustível, ficha limpa escapamentos e subsídios generosos do governo, os veículos eléctricos não conseguiram pegar com o público de automobilismo. Menos de 10.000 elétrica puros (menos de 0,1% dos novos carros-vendas) escorreu para as estradas da América em 2012. E esse foi o seu melhor ano de sempre.
Os clientes continuam a ser adiadas por um medo irracional de não ser preso na beira da estrada, quando o pacote de bateria de veículo vai plana, a quilômetros de casa ou a estação mais próxima recarga. Totalmente carregada, elétrica puros têm uma gama de tipicamente 75 milhas (120 km) ou assim que 90.000 dólares Tesla top-of-the-range modelo S, com o seu 85 bateria quilowatt-hora, pode oficialmente relógio 265 milhas em uma única carga.
Os veículos híbridos são uma questão diferente. Ter um motor a gasolina acoplado a um motor elétrico (ou dois) que lhes permite recarregar as baterias enquanto está em movimento. Freios regenerativos ajudar o gerador acionado por motor manter a bateria com tampo. Sua liberdade de "ansiedade intervalo" fez híbridos como o Toyota Prius uma escolha popular, especialmente na Califórnia, onde eles recebem subsídios e benefícios adicionais nas auto-estradas.
Sem capacidade para recarregar veículos elétricos coloca-se à mercê da sua capacidade de bateria. Invariavelmente, isto é um compromisso entre o peso e custo. Em termos de densidade de energia, a tecnologia de bateria mais popular a emergir ao longo dos últimos 20 anos é o poderoso, mas temperamental de iões de lítio de célula no noticiário recentemente por causar incêndios em jato da Boeing mais recente placa de passageiros, o 787 Dreamliner. Todos os 50 Dreamliners atualmente em serviço ter sido aterrada, como um resultado, e as entregas de novas aeronaves parado enquanto o ar especialistas em segurança tentar entender a causa dos fogos de iões de lítio (ver " Difference Engine: Uma inovação muito longe ", 28 de janeiro ).
A teoria sugere células de íon de lítio deve ser capaz de armazenar um pouco mais de 400 watts-hora de energia por quilograma. Eles atualmente embalar cerca de metade e custam cerca de US $ 500 por quilowatt-hora de capacidade. Um carro elétrico puro como o Nissan Leaf precisa de 24 quilowatt-hora de armazenamento elétrico para viajar 75 milhas ou mais com uma única carga. Isso sugere que os seus custos de iões de lítio em torno de 12.000 dólares, em outras palavras, cerca de 40% do preço do veículo antes de benefícios fiscais.
Para livrar-se da ansiedade faixa, os carros elétricos precisam de baterias de três ou quatro vezes melhor. Num mundo ideal, que seria armazenar energia, tanto por quilograma como o combustível hidrocarboneto utilizado num automóvel convencional. A densidade de energia da gasolina é de aproximadamente 13 quilowatts-hora por quilograma. Depois de considerar todas as perdas no motor e transmissão, a energia disponível para as rodas para a propulsão de um carro de motor a gasolina é, geralmente, não mais de 1,7 quiloWatt-hora por quilograma de combustível.
Como os números indicam, a bateria de iões de lítio, pelo menos em sua forma atual-não é possível competir. Alguns pesquisadores acreditam bateria há ganhos ainda a ser tido a partir do lítio-íon química. Podem ser. Mas muitos estão céticos sobre as reivindicações que a duplicação da densidade de energia da célula e uma redução para metade do seu custo é viável.
Mas mesmo que os céticos estão provado errado, uma oferta de bateria de lítio-íon duas vezes o alcance ainda estão muito aquém do desempenho da gasolina. E carro elétrico-proprietários que continuam a sofrer de ansiedade de gama, mais ainda do que os motoristas comuns que enfrentam um medidor de combustível mostrando um tanque quase vazio: o próximo posto de gasolina é geralmente apenas um quilômetro ou dois de distância; estações de recarga para veículos elétricos são muito menos e afastados. Pelo menos para os veículos eléctricos, então, de iões de lítio parece ter chegado ao fim da estrada.
A tecnologia de bateria só que vem perto de igualar a densidade de energia da gasolina é primo de lítio-íon, o perpetuamente promissora de células de lítio-ar. Em teoria, pelo menos, este pode fornecer até 12 quilowatts-hora por quilograma.
Mesmo que apenas metade que já foram alcançados comercialmente, não é razoável esperar que algo como 1,7 quilowatts-hora por quilograma de estar disponível em um veículo elétrico orientadas de rodas, dada a eficiência muito maior de motores elétricos e seus sistemas de transmissão. Em um "poço-a-rodas" de comparação, a eficiência global de um veículo eléctrico (25%) é o dobro de um carro accionado por um motor de combustão interna (12%). O veículo elétrico é indiscutivelmente mais limpo, também.
Muito antes de a Sony lançou a primeira bateria de iões de lítio comercial em 1991, de lítio-ar estava sendo apontado como ideal para veículos elétricos. Isso foi em 1970, após o primeiro dos choques do petróleo, que triplicou os preços do petróleo e enviou as montadoras correndo para combustíveis alternativos e melhores sistemas de armazenamento de energia.
Levou menos de 20 anos de íons de lítio, apesar de seus problemas de instabilidade térmica, para ir de alimentação de laptops, celulares e outros dispositivos portáteis, para se tornar o mais cotado para aplicações pesadas, como veículos elétricos, híbridos plug-in e até mesmo aeronave. Então, por que demorou o dobro do tempo para o lítio ar-um armazenamento ainda mais leve e mais potente tecnologia para torná-lo mal fora do laboratório?
A resposta curta é a dificuldade na construção de células de lítio-ar que podem ser recarregadas milhares de vezes. Enquanto a bateria de um telefone celular deve durar não mais do que dois a três anos (digamos, 1.000 ciclos de recarga no máximo) antes de o telefone é sacudido por um modelo mais tarde, os motoristas esperam veículos elétricos vêm com pelo menos 100.000 milhas garantias sobre as baterias (por exemplo, 3.000 ciclos de recarga no mínimo).
Se mantida adequadamente, baterias de íon lítio que pode gerenciar sem muita dificuldade.Como estão, as baterias de lítio-ar não pode. Depois de 40 anos de desenvolvimento, a vida útil das baterias de lítio-ar células tende a ser medido na melhor das hipóteses, em termos de algumas centenas, em vez de vários milhares, ciclos de carga.
A chave para a densidade de lítio-ar de alta energia é a maneira que dispensa o cátodo de heavy metal de seu primo de iões de lítio, e usa, em vez de um eletrodo leve feito de carbono poroso que respira o oxigênio do ar. Na descarga, um electrólito agarra os iões de lítio carregados positivamente a partir do ânodo e os transporta para o cátodo, onde se combinam com o oxigénio para formar peróxido de lítio. Ao mesmo tempo, o fluxo de electrões de um circuito externo do ânodo para o cátodo, a alimentação de um motor eléctrico ou outro equipamento no caminho.
Embora a teoria diz que deveria, o peróxido de lítio é relutante em fazer o inverso (replate o ânodo de metal de lítio e retornar o oxigénio emprestado ao ar), quando a corrente é aplicada externamente, isto é, quando a carga, em vez de a descarregar, da célula. Por que deve ser assim tem desafiado pesquisadores por décadas, e é uma das razões pelas quais lítio-ar não cumpriu sua promessa.
Ultimamente, no entanto, as reacções insuspeitos foram detectados entre os iões de lítio e do electrólito, bem como com o carbono do cátodo. Tais pistas têm ajudado os pesquisadores escolher diferentes eletrólitos, membranas e materiais de eletrodo que prometem dotar baterias de lítio-ar com muito mais vidas recarga.
Nenhuma pergunta não tem sido tão muito hype como esperança entre hard-core de lítio-ar de apoiantes. Mas essas químicas-incluindo defendendo rivais de zinco-ar, bem como de iões de lítio-têm sido culpados de menosprezar os avanços genuínos de lítio-ar, enquanto fazer torta-in-the-sky promete própria.
Inevitavelmente, a volta de roer é tudo sobre o dinheiro para a pesquisa, especialmente a partir do programa ARPA-E estabelecida recentemente pelo Departamento de Energia (DoE). Dotado de US $ 400 milhões de estímulo econômico-dinheiro, ARPA-E é um clone do enorme sucesso do Pentágono Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Por mais de meio século, a DARPA fez um nome para si mesmo por apoiar idéias arrojadas que enfrentam oposição entrincheirada e longos períodos de gestação. A Internet foi um dos primeiros sucessos da agência. O F-117 Stealth Fighter foi outro.
Em novembro passado ARPA-E anunciou algumas 66 bolsas no valor total de US $ 130 milhões para "transformacionais" mudanças na pesquisa de energia. O maior prêmio, no valor de US $ 4,5 milhões, foi para Battery Company PolyPlus, uma empresa de 30 pessoas, em Berkeley, Califórnia, que ficou fora do Lawrence Berkeley National Laboratory, na década de 1990. PolyPlus ano anterior últimos também ganhou uma bolsa de US $ 9 milhões do Gabinete do DOE de Manufatura Avançada, para construir uma linha piloto para fazer seus especiais "eletrodos de lítio protegidas". O processo envolve o ânodo de lítio com uma membrana de cerâmica, que permite que os iões de lítio para passar, mas é impermeável aos líquidos ou aos gases.
Proteger o eletrodo de lítio desta forma muda tudo. Para começar, ele permite livre uso de eletrólitos aquosos. Normalmente, a água é a última coisa que deve ser permitido perto de lítio. Como os leitores devem se lembrar de sua aula de química da escola, o metal se inflama em contato e queimaduras furiosamente. Durante décadas, não aquosos eletrólitos (principalmente carbonatos, éteres, ésteres e outros compostos orgânicos) foram usados em baterias de lítio por isso mesmo. A falta de um eletrólito eficiente tem sido uma outra razão para o lento desenvolvimento de lítio-aérea.
A tecnologia de protecção tem mesmo tornou possível a utilização de água do mar em vez de ar como fonte de oxigénio, como as guelras de um peixe. Com um olho no mercado marítimo, PolyPlus já construiu uma bateria de lítio da água do mar, que coloca a 1.300 watts-hora por quilograma e três vezes mais do que o máximo teórico de lítio-íon. O objetivo da empresa a longo prazo é usar esse know-how para fazer avançar o seu sistema próprio de lítio-ar. Primeiro PolyPlus de aplicações comerciais são destinados para eletrônicos de consumo. Mais tarde, quando o número de ciclos de recarga é alta o suficiente, o plano é para enfrentar o mercado de veículos elétricos.
PolyPlus não estará sozinho. No mês passado, a Toyota concordou em compartilhar a sua bateria de know-how com a BMW, em troca de um suprimento constante de motores a diesel modernos a partir de 2014. A colaboração inclui o desenvolvimento de uma bateria de lítio-ar avançado, bem como uma nova célula de combustível para veículos Toyota planeja começar a vender em 2015.
Enquanto isso, o projeto da IBM 500 Bateria, lançado em 2009, da empresa de pesquisa Almaden laboratório em San Jose, Califórnia, tem como objetivo desenvolver uma bateria de lítio-ar capaz de impulsionar um carro 500 milhas em uma única carga. Como PolyPlus, grande parte da pesquisa centrou-se na descoberta do electrólito mais adequado e o desenvolvimento de uma membrana que pode filtrar o oxigénio puro e seco a partir da atmosfera.
A IBM não está fazendo isso por curiosidade. Como todo mundo licitação para um pedaço do negócio, ele realmente acredita que haverá um mercado sério grande para baterias de tração avançados, uma vez que eles têm a densidade de armazenamento de gasolina rival e são capazes de fornecer anos sem problemas automobilismo. Quando será isso? O consenso é no início da próxima década.
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