Postęp w zakresie autonomii pojazdów elektrycznych

Znaczący postęp w latach 2010–2020

Od czasu wprowadzenia pojazdów elektrycznych na rynek żywotność baterii zawsze budziła zainteresowanie i kontrowersje. Jak producenci rozwiązali ten problem i jaki postęp poczyniono w ciągu ostatniej dekady?

Autonomia pojazdów elektrycznych: hamulec na rynku masowym?

W 2019 r. 63% respondentów Barometru Energii Argus uznało zasięg za najważniejszą barierę w przejściu na pojazdy elektryczne. Kierowcy rzeczywiście niechętnie myślą o konieczności wielokrotnego ładowania samochodu w celu pokonywania długich dystansów. Czy rozwój publicznej infrastruktury płatnej może rozwiać te obawy? Szybkie terminale, które coraz częściej pojawiają się w miejscach postojowych przy autostradach, pozwalają na przywrócenie pełnej wydajności większości modeli w czasie krótszym niż 45 minut. Fani silnika cieplnego nie będą pamiętać, że czas ten pozostaje znacznie dłuższy niż w przypadku pełnej benzyny.

Nawet jeśli przyspieszenie wdrażania stacji ładowania może uspokoić niektórych kierowców, oczekiwania nadal koncentrują się na samej autonomii.

Potrzebujesz pomocy w rozpoczęciu pracy?

Zwiększanie średniej autonomii

Według raportu Global Electric Vehicles Outlook 2021 Międzynarodowej Agencji Energetycznej, autonomia pojazdów elektrycznych stale się poprawia od czasu ich wprowadzenia na rynek. Tym samym przeszliśmy z deklarowanej średniej autonomii wynoszącej 211 km w 2015 r. do 338 km w 2020 r. Oto szczegóły za ostatnie sześć lat:

• 2015: 211 km
• 2016: 233 kilometry
• 2017: 267 kilometrów
• 2018: 304 kilometry
• 2019: 336 kilometrów
• 2020: 338 kilometrów

O ile postęp zaobserwowany w ciągu pierwszych pięciu lat napawa optymizmem, o tyle zdziwić może stagnacja w latach 2019–2020. Tak naprawdę ten skromniejszy wzrost wynika z wejścia na rynek jeszcze bardziej kompaktowych modeli. Przeznaczone do użytku miejskiego, mają mniejsze baterie i dlatego są mniej trwałe.

Trwa autonomia flagowych marek

Dlatego kierowcy poszukujący większej autonomii mogą być pewni, że producenci w dalszym ciągu udoskonalają pojazdy, które mogą pokonywać większe odległości, takie jak sedany i SUV-y. Aby to zrozumieć, wystarczy przeanalizować pojemność akumulatora konkretnego samochodu, przyglądając się ewolucji model po modelu. Tesla Model S, będący w sprzedaży od 2012 roku, stale zwiększa swoją autonomię:

• 2012: 426 kilometrów
• 2015: 424 kilometry
• 2016: 507 kilometrów
• 2018: 539 kilometrów
• 2020: 647 kilometrów
• 2021: 663 kilometry

Ten regularny wzrost uzyskano różnymi metodami. W szczególności firma Palo Alto tworzyła coraz większe akumulatory, udoskonalając jednocześnie oprogramowanie sterujące Modelu S. Jest ono stale aktualizowane, aby samochód był bardziej wydajny i optymalizował pojemność akumulatora.

Ambitne cele krótkoterminowe

Obecnie bada się kilka kierunków, aby jeszcze bardziej poprawić autonomię pojazdów elektrycznych. Naukowcy starają się uczynić akumulatory jeszcze bardziej wydajnymi, ponieważ producenci naciskają na projektowanie podwozi pojazdów, aby „myśleć o napędzie elektrycznym”.

Nowe platformy Stellantis przeznaczone do motoryzacji elektrycznej

Grupa Stellantis, liczący się gracz na rynku motoryzacyjnym, chce rozwijać swoją ofertę pojazdów elektrycznych. Od 2023 roku 14 marek grupy (w tym Citroën, Opel, Fiat, Dodge i Jeep) będzie oferować pojazdy zbudowane na podwoziach zaprojektowanych jako platformy w pełni elektryczne. To prawdziwa ewolucja w czasach, gdy większość pojazdów elektrycznych wykorzystuje podwozia o równoważnych modelach termicznych.

Celem Stellantis jest w szczególności reagowanie na lęk przed awarią, który pozostaje ważny dla kierowców pojazdów elektrycznych. Dlatego twórcy zaprezentowali cztery platformy dedykowane temu konkretnemu silnikowi:

• Mały: będzie zarezerwowany dla samochodów miejskich i wielofunkcyjnych, takich jak Peugeot e-208 czy Fiat 500. Platforma ta zapewnia zasięg na poziomie 500 kilometrów.
• Średni: Ta platforma będzie instalowana w dłuższych pojazdach typu sedan. Odpowiednie akumulatory zapewnią zasięg od 700 do 800 kilometrów.
• Duży: Platforma ta będzie przeznaczona dla pojazdów typu SUV o deklarowanym zasięgu 500 km.
• Rama: Czwarta platforma będzie w całości zarezerwowana dla pojazdów użytkowych.

Celem tej standaryzacji jest częściowe zrównoważenie kosztów elektryfikacji. Oprócz zwiększania zasięgu Stellantis ma również nadzieję oferować tańsze modele pojazdów elektrycznych. Takie podejście jest zauważalne dla kierowców: we Francji wyższy koszt zakupu pojazdów elektrycznych jest nadal częściowo kompensowany przez opłatę za konwersję, ale prawdopodobnie w przyszłości ten koszt spadnie.

800 kilometrów autonomii w 2025 roku?

Samsung i bateria półprzewodnikowa

Według producentów już wkrótce autonomia naładowanego akumulatora będzie równa autonomii pełnego zbiornika! Badacze współpracujący z marką Samsung zaprezentowali w marcu 2020 roku nową koncepcję akumulatorów ze stałym elektrolitem. Obecnie akumulatory litowo-jonowe znajdujące się w większości pojazdów elektrycznych działają na bazie ciekłych elektrolitów lub w postaci żelu; przejście na akumulatory ze stałym elektrolitem będzie oznaczać większą gęstość energii i szybsze ładowanie.

Dzięki dwukrotnie większej pojemności niż tradycyjne akumulatory, ta innowacja Samsunga umożliwi pojazdom elektrycznym pokonanie do 800 kilometrów. Żywotność to kolejna zaleta tego akumulatora, ponieważ można go ładować ponad 1000 razy. Pozostaje tylko ukończyć kurs produkcyjny... Jeśli prototyp Samsunga jest obiecujący, to nie ma jeszcze mowy o tym, że producenci się po niego sięgają!

SK Innowacja i ultraszybkie ładowanie

Kolejną południowokoreańską firmą dążącą do 800 km autonomii jest SK Innovation. Grupa ogłosiła, że ​​pracuje nad nowym, bardziej autonomicznym akumulatorem niklowym o dużej intensywności, skracając jednocześnie czas ładowania na szybkim terminalu do 20 minut! Firma SK Innovation, będąca już dostawcą producenta Kia, chce się dalej rozwijać i buduje kilka fabryk w Gruzji. Ostatecznym celem jest wyposażenie Forda i Volkswagena w pojazdy elektryczne montowane w Stanach Zjednoczonych.

W odległości 2000 kilometrów?

To, co kilka lat temu mogło uchodzić za science fiction, szybko może stać się namacalną rzeczywistością. Zespół niemieckich i holenderskich naukowców pracujących odpowiednio dla Fraunhofer i SoLayTec opracował opatentowany proces zwany przestrzennym osadzaniem warstwy atomowej.

(SÓL). Nie ma tu żadnych zmian w chemii, jak ma to miejsce w przypadku południowokoreańskich Samsungów i SK Innovation. Poczyniony postęp dotyczy technologii akumulatorów. Naukowcy wpadli na pomysł osadzania materiału aktywnego elektrod w postaci warstwy o grubości kilku nanometrów. Ponieważ gromadzenie jonów litu zachodzi tylko na powierzchni, nie ma potrzeby stosowania grubszych elektrod.

Dlatego przy równej objętości lub wadze proces SALD optymalizuje trzy kluczowe elementy:

• efektywna powierzchnia elektrody
• ich zdolność do magazynowania energii elektrycznej
• prędkość ładowania

Dzięki temu pojazdy wyposażone w akumulator SALD mogą mieć zasięg trzykrotnie większy od najmocniejszych modeli dostępnych obecnie na rynku. Szybkość przeładowania można zwiększyć pięciokrotnie! Frank Verhage, dyrektor generalny SALD, firmy założonej w celu wprowadzenia tej innowacji na rynek, mówi o zasięgu 1000 kilometrów w przypadku samochodów miejskich i do 2000 kilometrów w przypadku sedanów. Lider nie chce ustanawiać teoretycznego rekordu autonomii, ale ma nadzieję uspokoić kierowców. Nawet kierowcy, którzy lubią sportową jazdę, po 20 kilometrów mogą nadal mieć 30–1000 procent mocy – dodał.

Kolejną dobrą wiadomością jest to, że proces SALD jest kompatybilny z odmiennym składem chemicznym istniejących komórek:

• NCA (nikiel, kobalt, aluminium)
• NMC (nikiel, mangan, kobalt)
• akumulatory ze stałym elektrolitem

Można się założyć, że technologia ta wychodzi poza fazę prototypu, choć SALD już twierdzi, że prowadzi rozmowy na jej temat z niektórymi producentami samochodów.