Kuna elektrisõidukite turg jätkab hoogu, tunnevad mõned autoostjad endiselt muret sõiduulatuse ja liitiumioonakude ohutuse pärast. Nende põhjendatud probleemide lahendamiseks kulub uute akutehnoloogiate väljatöötamisele palju raha ja aega.
Viimastel aastatel on ettevõtted investeerinud vanasse, kuid täiustatud alumiiniumil ja õhul põhinevasse akusse, millel on potentsiaali elektrisõidukite tööstust märkimisväärselt edendada. Alumiinium-õhk (Al-air) aku näib olevat EV aku mängumuutja, kuid kas see kõik on hüpe?
Mis on alumiinium-õhk aku?
Elektrisõidukid mängivad olulist rolli null-tuleviku saavutamisel. Kuid, vahemiku ärevus ja liitium-ioonakudega seotud ohutusküsimused takistavad elektrisõidukite turu kasvu. Liitium-ioonakud on olnud elektrisõidukite revolutsiooni eesotsas, kuid see on endiselt piiratud 400-miilise ulatusega, mis võib pikkadel maanteesõitudel probleeme tekitada.
Kaugetest piirkondadest laadimisjaama otsimise ja elektrisõiduki laadimise ootamise vaev võib potentsiaalsed ostjad eemale peletada. Muud tajutavad liitiumaku probleemid, nagu aku halvenemine, lekked ja ülelaadimine, ei aita selle juhtumit samuti palju. Kogu muu olemasoleva akutehnoloogiaga pööratakse Al-air akudele nii palju tähelepanu, kuna neid ei pea uuesti laadima.
Nende patareide kontseptsioon pärineb 1960. aastatest. Kuid kuna selle elektrolüüt oli ohtlikult söövitav ja mürgine, ei saanud seda kaubanduslikult kasutada. Ühendkuningriigi kuningliku mereväe insener Trevor Jackson alustas akuga katsetamist 2001. aastal, muutes selle kasutamise ohutuks. Al-air akud on valmistatud alumiiniumisulamist plaadist anoodina, õhkkatoodist, mittetoksilisest elektrolüüdist nagu vesi ja hõbekatalüsaatorist.
Kuidas alumiinium-õhk aku töötab?
Traditsioonilistel EV akudel on kaks erinevast materjalist elektroodi, üks katood ja üks anood, mille vahel on elektrolüüt. Aku kasutamisel voolavad ioonid anoodilt läbi elektrolüüdi katoodile. Laadimise ajal voolavad ioonid vastupidises suunas tagasi anoodile.
Al-air akud toimivad sarnaselt kütuseelemendiga. Anoodil kasutatakse alumiiniumi ja katoodil hapnikku. Tulemuseks on palju suurem energiatihedus. Ligikaudu kaheksa kuni üheksa korda suuremad kui praegu elektrisõidukites kasutatavad liitiumioonakud, mis suurendab oluliselt võimsust. Energiatihedus mõõdab, kui palju energiat aku mahuühiku kohta suudab salvestada. Võimsustihedus mõõdab, kui palju hetkeenergiat suudab see massiühiku kohta anda.
Anood vabastab elektronid alumiiniumi oksüdeerumisel, katood aga vähendab hapnikku, et vabastada elektronid, tekitades seega elektrienergiat. Koormust saab toita elektrivooluga, mille tekitavad läbi välise vooluahela liikuvad elektronid. Lõpptulemus on valge pulber, mis moodustub anoodile.
Alumiinium-õhkpatareide eelised ja puudused
Alumiinium on maapõues levinuim loodusvara ja see on maakeral kõige levinum metall, seega ei saa me tõenäoliselt kunagi otsa. Tänu oma pehmusele on alumiiniumiga lihtne töötada ja see on erinevalt liitiumist stabiilne. Pealegi on see mittetoksiline. Al-air akude eelised liitiumioonakude ees on järgmised:
- Odavam teha
- Stabiilsus
- Väiksem süsiniku jalajälg kaevandamise ja rafineerimise osas
- Salvestab palju rohkem energiat
- Kergem kui enamik teisi akusid, kuna aku on valmistatud alumiiniumist ja õhust
- Väga taaskasutatav
Vaatamata selle eelistele on sellel akul mõned varjuküljed. Esiteks on selle puuduseks see, et see on esmane aku. Põhimõtteliselt ei saa seda uuesti laadida, kui aku on tühi või tühi. Lisaks söövitab aku sees olev õhk alumiiniumanoodi. Seetõttu tuleb aku alumiiniumplaat välja vahetada, mis võib olla kulukas. Lisaks võib aku tootmiskulusid mõjutada akus sisalduva hõbeda hinna kõikumine.
Probleemid liitiumioonakudega
Teadlased on arendanud paremaid akusid elektrisõidukite turul domineerivate liitium-ioonakude puuduste tõttu. Liitium-ioonakudes kasutatav liitium, nikkel ja koobalt on haruldased muldmetallid, mida leidub ainult teatud osades maailmas. Praegu moodustavad elektrisõidukid 6% teedel liikuvatest sõidukitest ja nende metallide kaevandamine on hästi edenenud; kujutage ette, kui elektrisõidukite arv tõuseb 50% või 80%ni. Liitium-ioonakude muud puudused on järgmised:
- Toota kallis, kuigi hinnad on langenud
- Liitiumi ebastabiilsus
- Stress riiklikul võrgul
- Kallid ja keerukad laadimisvõrgud
- Kaevandamise ja rafineerimisega seotud keskkonnamõjud, kuigi ringlusse võetakse rohkem liitiumakusid
Aku vahetamine ja laadimine
On tegureid, mida kaalumisel meeles pidada aku vahetus versus laadimine. Et saada ühe laadimisega sama ulatust, oleks vaja 1/8 liitiumioonaku suurust akut. Al-air akude kergema kaalu tõttu saavad EV-d reisida kaugemale, suurendades üldist tõhusust.
Samuti on lihtsam ja mugavam pakkida akut EV-s kergesti ligipääsetavasse kohta, et seda saaks vajaduse korral hõlpsasti välja vahetada. Mõned ettevõtted on hinnanud, et alumiinium-õhk EV aku vahetusaeg on vaid kolm minutit, mis toob elektrisõidukite omanikud kiiresti teele.
Hinnanguliselt kestavad Al-air akud umbes 5400 miili. Küsimus on selles: miks peaks keegi laadimise asemel seda teed minema? Al-air jõul töötava EV-ga saate palju kaugemale jõuda ilma laadimisjaama leidmata. Teine põhjus on see, et tühjenenud Al-air aku vahetamine ringlussevõetud aku vastu on palju odavam kui Tesla aku vahetamise hind. Kuna ainsaks vahetatavaks osaks on alumiiniumplaadid, mida saab 100% taaskasutada, maksate läbitud kilomeetrite eest.
Kas alumiinium-õhkpatareid on tulevik?
Tänapäeva elektrisõidukites on võimalik kasutada Al-air akusid. Tõenäoliselt suureneb nende akude populaarsus, kuna akuvahetusjaamad muutuvad levinumaks. Kuni selle ajani sai neid kasutada ka liitiumioonakudega elektrisõidukite valiku laiendamiseks, lahendades probleemi, mis tuleneb laadimise vajadusest, kui te ei saa seda teha.
Lõpuks on elektrisõidukite ostjatel võimalus akusid vahetada või oma sõidukeid uuesti laadida, luues lõpuks kõigi huvides mitmekülgsema elektrisõidukite turu. Selle tulemusena kiireneb jätkuvalt üleminek täielikult elektrisõidukitel põhinevale maailmale.