Совершенствование электромобиля

Первый образец электромобиля создан еще в конце XIX века. Это была машина с огромным блоком сернокислотных аккумуляторов и очень маленькой скоростью. Однако в 21 веке многие производители автомобилей дают электромобилю второй шанс. Здесь две главные проблемы: найти накопитель энергии, способный обеспечить транспортному средству запас хода, соизмеримый с запасом хода обычного автомобиля, и создать соответствующую инфраструктуру (сеть зарядных станций и т.п.). Однако эти Специалисты (электрики, химики, материаловеды и др.) весь прошлый век работали над созданием электрических аккумуляторов большой емкости, но не сумели получить результаты, приемлемые по запасу хода электромобиля, поскольку, ни один из аккумуляторов по удельной энергоемкости не смог конкурировать ни с жидким, ни даже с газовым топливом. Соответственно при переходе с ДВС на батареи электрических аккумуляторов жертвуют либо грузоподъемностью, либо запасом хода автомобиля.

Тем не менее работы по электромобилям во многих странах получили во-первых, государственную (в том числе финансовую) поддержку, во-вторых, поддержку общественную (судя по опросу, в Европе уже сегодня 1,3% потребителей (около 200 тысяч человек), готовы стать владельцами электромобилей. Действует «Ассоциация европейских городов, заинтересо-ванных в использовании электромобилей», в-третьих, разработкой электромобилей занимаются практически все автомобилестроительные фирмы. В настоящее время данный транспорт остается скорее специальным, чем массовым: его применяют в аэропортах, на атомных станциях, территориях морских портов, выставок и т.п. Попытки организовать крупное масштабное производство пока малоуспешны.

●простота конструкции и управления, высокая надежность и долговечность экипажной части (до 20−25 лет) в сравнении с обычным автомобилем;

·аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоёмкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора >300 С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом.

Одним из перспективных направлений стала разработка никель-метал-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости.Но по экономическим соображениям на электромобилях, как и век назад, применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ). Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за 20 век в 4 раза (до 40−45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля над состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ.

Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии.

Проблемно также производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий).Около 10% энергии теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей. Прилагают усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов и фотоэлементов. Массовое применение электромобилей требует соответствующей структуры «автозарядных» станций.Главный недостаток электрохимических генераторов (ЭХГ) - высокая стоимость.

Специалисты полагают, что наиболее энергосберегающим и высокоэффективным источником энергии для электромобилей являются батареи топливных элементов. У таких элементов много достоинств, прежде всего высокий КПД, достигающий в реальных установках 60-70%; их не надо заряжать, достаточно пополнять запасы реагентов. Наиболее перспективен водородно-воздушный ЭХГ, в котором продуктом реакции при выработке электрической энергии является химически чистая вода.

Катализаторы получения водорода. Считают, что водород потенциально идеальное топливо. В частности, в природе известны бактерии, использующие водород в качестве единственного источника энергии. Из водорода можно произвести в три раза больше энергии, чем из аналогичного количества бензина. Проблемна взрывоопасность водорода, но, по данным National Hydrogen Association(США), вероятность взрыва водорода не выше вероятности взрыва бензина.

Водородное топливо активно исследуют автомобилестроительные компании Honda Motor, General Motors, Ford Motor, Mazda, Toyota, Daimler Chrysler, которые начали выпуск экспериментальных автомобилей, работающих на водородных двигателях.

Плюс водородных двигателей - единственным выбросом работы подобных двигателей, является вода.

●Производство водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем автомобильного бензина в количестве, достаточном для производства аналогичного количества энергии.

●Проблемно создание «водородной инфраструктуры» – сети заправочных станций и сервисных центров необходимых для обслуживания автомобилей работающих на водородном топливе..

● Водород требует особо внимательного обращения: хранение и транспортировка водородных автомобильных двигателей в 100 раз дороже, чем их бензиновых аналогов.

● Если водород станет популярным автомобильным топливом, то его количество в атмосфере значительно увеличится, что может привести к уничтожению озонового слоя, защищающегося Землю от ультрафиолетового излучения, глобальному изменению климата и активному размножению опасных микробов.

●Добывать водород из воды очень дорого, поэтому в США 95% водорода производят из природного газа (метана). Это, в свою очередь, делает водородное топливо дороже, чем наиболее дешевый сегодня энергоноситель – природный газ.

Впрочем, технологические и экологические препятствия использования водорода в качестве топлива не являются чем-то уникальным. Некогда похожие проблемы были у природного газа, бензина и солнечной энергии. К примеру, прошло более двух десятилетий с момента начала производства солнечных батарей до вывода их на уровень коммерческой окупаемости.

В Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли Министерства Энергетики США впервые синтезировали уникальный нанокристалл, демонстрирующий пример наличия двух межслойных каталитических интерфейсов типа «металл – оксид металла» (перспектива осуществления двойного катализа). Межслойные интерфейсы позволяют последовательно осуществлять множественные каталитические реакции, причем как выборочно, так и совместно. Разработка обеспечивает уникальные возможности для будущего промышленного катализа, а также для таких перспективных технологий экологически чистого производства энергии, как искусственный фотосинтез (рис.6.5).

Прогнозируют, что «высокопроизводительные нанокатализаторы будут играть ключевую роль в развитии технологий преобразования и хранения энергии». Исследования последних лет показали, что для нанокристаллов размер, форма и структура поверхности может оказывать значительное влия-ние на их каталитические свойства. Это позволяет более эффективно (по отно-шению к объемным аналогам) оптимизировать нанокристаллические катали-заторы с целью обеспечения их избирательной активности [33,60, 61].

Количество электрической энергии, производимой топливным элементом, зависит от типа топливного элемента, геометрических размеров, температуры, давления газа. Отдельный топливный элемент обеспечивает ЭДС менее 1,16 В. Можно увеличить размеры ТЭ, однако на практике используют несколько элементов, соединенных в батареи.

Топливный элемент модели«PC25ModelC» включает три блока:

Схема работы топливного элемента приведена на рис. 6.6.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: