To pytanie elektryzuje. Bo większość osób, które zdecydowałyby się na zakup samochodu elektrycznego, deklaruje, że zasięg to jeden z ważniejszych elementów przy wyborze modelu. Nie chcemy (i wielu z nas nie stać) posiadać jednego samochodu wyłącznie do jazdy po mieście, drugiego na trasy. Chcemy mieć jeden pojazd, który będziemy mogli wykorzystywać uniwersalnie.
Zaniepokojonych uspokajamy. To stanie się już wkrótce. W ciągu najbliższych kilku lat będzie można kupić samochód elektryczny, którym na jednym ładowaniu bez żadnego problemu da się pokonać trasę z Białegostoku do Wrocławia (trochę ponad 500 kilometrów) lub z Warszawy do Zakopanego (niecałe 500 kilometrów). Jest też raczej pewne, że będzie można dokonać wyboru spośród większości dostępnych na rynku marek. Będą takie, które będą miały w sprzedaży więcej niż jeden model elektryka.
Co się za tym kryje?
Do spełnienia powyższej prognozy konieczna jest praktyczna realizacja jednego warunku: gęstość właściwa energii elektrycznej musi wyraźnie przekroczyć 0,5 kWh/kg. Oznacza to w dość dużym, ale realnym przybliżeniu, że samochód wyposażony w akumulator trakcyjny o wadze 100 kg będzie dysponował energią 50 kilowatogodzin pozwalającą na oszczędne przejechanie około 500 kilometrów. Takie akumulatory – efektywne i wytrzymujące minimum 2 000 cykli ładowania – pojawią się już w przyszłym roku, a za 2 -3 lata będzie można uruchomić ich seryjną produkcję.
Za tym prostym stwierdzeniem kryje się bardzo wiele. Opracowanie, wdrożenie i pomyślne wykorzystanie technologii produkcji współczesnych, dużych baterii jest bardzo skomplikowanym przedsięwzięciem, a intensywnymi badaniami zajmują się wszyscy: najważniejsi producenci akumulatorów, praktycznie wszystkie globalne koncerny motoryzacyjne, ośrodki naukowe, wielkie laboratoria badawcze, uniwersytety i agencje rządowe. Zaangażowane są olbrzymie fundusze i mnóstwo najwyższej klasy specjalistów, bo wprowadzenie na rynek relatywnie taniego samochodu elektrycznego o dużym zasięgu, oznaczać będzie naprawdę potężną zmianę.
Mimo, że pracujące zespoły mogą pracować niezależnie, poziom zawansowania technicznego i technologicznego, determinacja i poziom organizacyjny współzawodniczących zespołów jest bardzo zbliżony. Prawa fizyki pozostają bez zmian, czego jednak możemy oczekiwać?
Jakie będą nowe baterie?
Mechanizm fizykochemiczny działania dowolnego akumulatora wielokrotnego użytku (jakim jest także bateria samochodu elektrycznego) jest bardzo prosty. W skrócie trzeba do „pustego” pojemnika zawierającego dwie elektrody i elektrolit, dostarczyć prąd elektryczny, czyli elektrony, które zmieniając po drodze właściwości elektrolitu zgromadzą się w ujemnej elektrodzie (anodzie). Im więcej elektronów zatrzyma anoda, tym więcej prądu można uzyskać (i tym większy zasięg ma samochód). Problem tkwi w praktycznym rozwinięciu wszystkich bardzo licznych, szczegółowych problemów jednostkowych. Pomijając je wszystkie, należy wymienić kilka najważniejszych.
Powszechnie stosowana obecnie do napędu samochodów elektrycznych technologia baterii litowo – jonowych, ciągle oferuje najlepsze właściwości pod względem energii, czasu użytkowania, kosztów, bezpieczeństwa i wydajności. Wkrótce wprowadzane na rynek samochody elektryczne o dużym zasięgu na pewno wykorzystywać będą tę technologię, jedynie gęstość magazynowanej w baterii tego typu energii przekroczy wspomnianą wcześniej barierę 0,5 kWh/kg masy. Warunkiem do tego koniecznym jest z jednej strony skuteczne zmniejszenie ilości ciepła powstającego w trakcie pracy baterii (zmniejszenie ilości energii przeznaczonej na chłodzenie elektrolitu i przeznaczenie jej na napęd), z drugiej wyeliminowanie lub znaczące ograniczenie formowania się na elektrodach w trakcie pracy tak zwanych dendrytów, czyli cieniutkich igiełek tworzonych przez migrujące jony (jak stalaktyty i stalagmity w jaskiniach). Bowiem kiedy dendryty docierają do przeciwległego bieguna powodują zwarcie, nieodwracalnie niszcząc ogniwo.
Inną grupą akumulatorów są tak zwane akumulatory żelowe, polimerowe i stałe. Nazwy pochodzą od stanu skupienia elektrolitu. Prowadzone są eksperymenty (podobno bardzo zaawansowane i obiecujące) z innymi zestawami elektrod. Wymienia się elektrody litowo-sodowe, litowo-tlenowe, sodowo-tlenowe czy grafitowo – litowe / kobaltowe /z tlenkami innych metali. Poszukiwanie najlepszych materiałów na elektrody ma na celu maksymalne zwiększenie ich zdolności do absorbcji i utrzymania elektronów i jonów. Podobno w fazie końcowej są badania nad zastosowaniem elektrolitu w postaci ciała stałego. Wymieniane jest szkło, ceramika, związki siarki, fosforany i inne substancje stałe. Według dość zgodnych ze sobą doniesień, praktyczne zastosowania są w zasięgu ręki i co najmniej kilka technologii spełni oczekiwania badaczy.
Jak będzie? Przekonamy się niebawem. Jak uczy historia techniki, skumulowane wysiłki oparte o żmudny i często nawet bardzo powolny postęp w osiąganiu założonych celów, zawsze kończyły się pełnym sukcesem. Przykładem mogą być maszyny parowe, nowoczesna metalurgia, motoryzacja, lotnictwo czy podróże kosmiczne. Wszystko wskazuje na to, że dołączy do nich elektromobilność. O dalszej ewolucji, rozwoju i ewentualnym zdominowaniu rynku przez opracowywane obecnie technologie zadecyduje w kolejnych latach, jak zwykle, sprawdzona w praktyce przydatność.
