Progresele tehnologice decurg regulat la scurt timp după ce a avut loc o descoperire majoră. Nu cu electricitatea. Puterea electrică a fost descoperită în jurul anului 1600 d.Hr. (sau mai devreme). În acel moment, nimeni nu știa ce să facă cu el decât să creeze scântei și să experimenteze cu picioare de broască zvâcnind. Placarea metalelor prin electroliză a început abia în anii 1800. Dar la scurt timp, o baterie primară a alimentat prima lumină electrică folosind electrozi de cărbune. Odată ce relația cu magnetismul a fost descoperită la mijlocul anilor 1800, au fost inventate generatoare care produceau un flux constant de electricitate. Au urmat motoare care permiteau mișcarea mecanică și becul Edison părea să cucerească întunericul.

Invenția tubului electronic de vid la începutul anilor 1900 a fost următorul pas semnificativ către tehnologie înaltă, permițând oscilatoare de frecvență, amplificări de semnal și comutare digitală. Acest lucru a dus la difuzarea radio în anii 1920 și a permis primul computer digital operațional (ENIAC) în 1946. Descoperirea tranzistorului în 1947 a deschis calea către circuitul integrat zece ani mai târziu. În cele din urmă, microprocesorul a introdus era informațională și a revoluționat modul în care trăim.

În timp ce bateriile primare mari există de 200 de ani, nichelul-cadmiu etanș, așa cum îl știm astăzi, este la fel de vechi ca tranzistorul (1947). Între timp, bateriile au devenit o sursă de energie foarte importantă și cererea crește constant.

În anul 2000, energia totală a bateriei consumată la nivel global de laptopuri și telefoane mobile este estimată la 2.500 mega wați. Să facem o comparație a puterii cu diferite moduri de transport de la începuturile timpurii până astăzi.


3000 î.Hr.
350 î.Hr.
1800 d.Hr.
1837 d.Hr.
1900 d.Hr.
1969 d.Hr.
1974 d.Hr.
Bou trăgând o sarcină
Roată de apă verticală
Motorul cu aburi revizuit al lui Watt
Motor cu aburi marine
Motor cu abur pe șine
Avion cu reacție Boeing 747
Centrală nucleară
0,5 CP
3 CP
40 CP
750 CP
12.000 CP
100.000 CP *
1.520.000 CP

* Puterea unui motor este măsurată în (CP sau kW) și un jet în tracțiune (lbs, kN). Un Boeing 747 de croazieră necesită o tracțiune de 55.145 lb (245 295 N). Aceasta se referă la 87.325 CP sau 65.000 kW. La decolare, avionul produce o tracțiune completă la 973 kN, cu o putere necesară de 105 000 CP sau 78,300 kW.

Alimentarea bateriei și Boeing 747 jumbo jet

Călătorii experimentează decolarea emoționantă a unui jet jumbo. Încărcat complet la 400 de tone, Boeing 747 necesită 90 mega-wați (MW) de energie pentru a ajunge în aer. Aceasta se referă la 120.000 de cai putere (CP). Consumul de energie în timpul croazierii este redus la jumătate sau 45 MW (60.000 CP). Puterea globală a bateriei consumată de telefoanele mobile și laptopurile ar putea menține în aer 56 de Boeing 747.

Puternica Queen Mary, o linie oceanică de 81.000 de tone, care se întinde pe o lungime de peste 300 de metri, a fost propulsată de patru turbine cu aburi care produc 160.000 CP. Energia consumată la nivel global de telefoane mobile și laptopuri ar putea alimenta 20 de nave Queen Mary, cu 3000 de pasageri și echipaj la bord, călătorind cu o viteză de 28,5 noduri (52 km/oră). Regina Maria a fost lansată în 1934 și este acum un muzeu în Long Beach, California.

Un motor de 275 CP (200 kW) alimentează un SUV sau o mașină mare. Casa medie a familiei este cablată pentru a atrage 20kW. Un vehicul mare are suficientă putere pentru a furniza energie electrică pentru 10 case și pentru a satisface cerințele de vârf ale curentului. Acest lucru este substanțial atunci când considerăm că majoritatea vehiculelor transportă doar șoferul

O persoană activă necesită 3500 de calorii pe zi pentru a rămâne în formă, ceea ce se referă la aproximativ 4000 de wați în 24 de ore (1 calorie alimentară = 1,16 wați-oră). Dacă călătorești pe jos, o persoană parcurge aproximativ 40 km pe zi (25 mile). În Figura 1, comparăm energia pe pasager-kilometru pentru un Boeing 747 încărcat, linia oceanică Queen Mary pensionată, un SUV cu gaz și o persoană în formă pe bicicletă și pe jos. Cifrele sunt estimate.

alte

Figura 1: Nevoile de energie ale diferitelor moduri de transport. Călătoria aeriană necesită cea mai mică energie pe pasager-km în ceea ce privește transportul mecanizat. Barca devine eficientă pentru marfă grea. Cea mai mică nevoie energetică absolută este o persoană pe bicicletă
___________________
* 4.186 jouli sunt necesari pentru a crește temperatura de 1g de apă cu 1 grad Celsius.
Mai multe despre puterea mecanică: http://en.wikipedia.org/wiki/Power_%28physics%29

Cum sunt noile chimii ale bateriilor?

Litiu-ion este câștigătorul pentru aplicațiile portabile. Printre cele mai populare litiu-ion se numără celulele cilindrice 18650 și o varietate de celule prismatice din ambalaj metalic.

Polimerul litiu-ion servește bine atunci când geometria celulei trebuie să fie mai mică de 4 mm sau când sunt necesare pachete speciale. Celulele pungă litiu-ion-polimer de mare putere permit stivuirea convenabilă pentru a crea un pachet de baterii puternic și compact cu alocare optimă de spațiu. Cu toate acestea, există un preț premium. Lithium-ion-polimerul costă cu aproximativ 10% mai mult decât litiu-ion fără a câștiga capacitate suplimentară. O anumită alocare a încăperii pentru umflare trebuie luată în considerare la stivuirea celulelor pungii.

Litiu-ion este testat pe instrumente medicale și mașini hibride cu rezultate mixte. Durata de viață scurtă și prețul ridicat sunt obstacole majore. Aceste piețe vor continua să fie deservite de bateriile pe bază de plumb și nichel, mai robuste și mai ieftine.

Nu există la noi orizonturi chimice ale bateriilor care să înlocuiască clasicul plumb-acid pentru piețele auto și de mobilitate pe roți. Plumb-acidul este matur și costurile de fabricație sunt scăzute. Spiralul plumb-acid înfășurat în spirală, o tehnologie similară cu acidul de plumb reglat prin supapă și covorul de sticlă absorbant (AGM) înlocuiesc treptat bateria auto inundată în aplicații de ultimă generație. Din nou, există un preț premium pentru aceste baterii mai avansate, dar durata de viață mai lungă va rambursa investiția.

Referințe: Barry Huret, președintele companiei de consultanță în domeniul bateriilor Huret Associates Inc. în Yardley, Pa, SUA

*** Vă rugăm să citiți cu privire la comentarii ***

Comentariile sunt destinate „comentarii”, o discuție deschisă între vizitatorii site-ului. Battery University monitorizează comentariile și înțelege importanța exprimării perspectivelor și opiniilor într-un forum comun. Cu toate acestea, toate comunicările trebuie făcute cu utilizarea unui limbaj adecvat și evitarea spamului și discriminării.