Een opmars naar hybride en elektrische auto's lijkt een natuurlijke stap in de evolutie van autotechnologie. Analisten voorspellen niet snel een daling van de olie- en benzineprijzen, waardoor autofabrikanten effectief in een hogere versnelling zullen schakelen om de volgende beste manier te vinden om voertuigen aan te drijven. Als de recente conceptauto's die door grote autofabrikanten zijn onthuld nauwkeurige voorspellers zijn, Lithium-ionbatterijen (Li-ion) kan die magische kogel zijn.
Neem bijvoorbeeld de Chevrolet Volt . Dit is de plug-in hybride conceptauto van General Motors, ontworpen om 64,3 kilometer lang te rijden, volledig op Li-ionbatterijen. Daarna neemt een kleine gasmotor het nog eens 600 mijl (965 kilometer) over. Dat betekent dat veel mensen hun dagelijkse woon-werkverkeer konden voltooien zonder een druppel gas te verbranden. Bovendien is het bedrijf van plan om ze tegen 2010 massaal uit te rollen.
En Chevrolet is niet de enige in de Li-ion-trend. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler en Saturn waren allemaal previews van conceptauto's uit 2008 met Li-ion-batterijpakketten voor groener rijden [bron:Mahoney].
Waarom in de eerste plaats dit geneuzel over Li-ion-batterijen? De Toyota Prius en twee nieuwe hybrides die het bedrijf in juni 2008 onthulde, gebruiken een nikkel-metaalhydridebatterij. Volgens de meest recente EPA-normen haalt de Prius een gecombineerde 46 mijl per gallon - om nog maar te zwijgen van het feit dat hij als warme broodjes is verkocht. [bron:fueleconomy.gov].
Maar in termen van energie hebben Li-ion-batterijen gewoon een krachtiger stoot. Li-ionbatterijen slaan meer energie op in kleinere ruimtes dan de meer traditionele loodzuur- en nikkelmetaalhydridebatterijen. Lithium heeft de meeste energiedichtheid en elektrochemisch potentieel van alle metalen, wat het dat uithoudingsvermogen geeft [bron:Buchmann]. De nikkel-metaalhydridebatterijen in hybrides op de weg zijn ook zwaar, wat hun potentieel beperkt, terwijl Li-ionbatterijen de snelheid kunnen verhogen zonder de auto te verzwaren. Vanwege deze eigenschap kun je kleinere versies ervan vinden in veel consumentenelektronica, zoals laptops, mobiele telefoons en iPods.
Maar er zijn een paar hobbels op de weg voor Li-ion-batterijen om de benzine van morgen te worden, namelijk veiligheid, kosten en levensduur. We zullen de veiligheidsproblemen op de volgende pagina bekijken.
Weet je nog dat laptops in 2006 in vlammen opgingen? Het was de lithium-ionbatterij.
Willekeurige explosies door oververhitting waren geen wijdverbreid probleem, maar desalniettemin moest lithium-ionbatterijfabrikant Sony, die in 1991 met de eerste gecommercialiseerde Li-ionbatterij uitkwam, hierdoor meer dan 6 miljoen computers terugroepen [bron:Lamb ].
In de paar jaar daarna heeft de Li-ion-batterij zijn reputatie op het gebied van veiligheid niet volledig hersteld. Nu kun je zien waarom sommige mensen een beetje chagrijnig worden als ze in een auto worden geplaatst.
Waarom is er een kans op explosie? Li-ionbatterijen werken door de positieve en negatieve kanten van elkaar te scheiden door een dunne laag, een elektrolyt genaamd . De elektrolyt is geperforeerd zodat de lithiumionen van de ene kant van de kamer naar de andere kunnen gaan, waardoor een stroom wordt opgewekt. Kleine stukjes metaal die het gevolg zijn van het productieproces kunnen mogelijk vast komen te zitten in die perforaties, waardoor de ionen niet vrij kunnen stromen. Druk en warmte kunnen zich dan opbouwen en een explosie veroorzaken. Als u de ionen te snel laat bewegen, kan dit ook leiden tot oververhitting.
Dus hoe werkt de volledig elektrische Tesla Roadster erin slagen om 6.831 Li-ion-batterijen onder de motorkap te verpakken zonder een grote ontploffing te riskeren? Het energieopslagsysteem van Tesla dat de auto aandrijft, is uitgerust met een koelsysteem, dat ervoor zorgt dat de batterijen niet oververhitten. Het regelt ook de snelheid van de stroom van ionen om te voorkomen dat ze te snel opladen of leeglopen.
Aangezien autobedrijven en wetenschappers het brede potentieel van Li-ion-batterijen beseffen, hebben ze tijd en geld gestoken in het vinden van manieren om veiligheidsrisico's te verminderen. Bijvoorbeeld nanotechnologie , de studie van atomen en nanostructuren, kan die gevaarlijke explosies mogelijk voorkomen. Nieuwe nanomaterialen, zoals nanofosfaat, zijn niet gevoelig voor kortsluiting zoals grafiet, de traditionele Li-ion-elektrolyt [bron:Peter].
En over tijd en geld gesproken, voordat Li-ion-batterijen hun grote entree maken in de automobielwereld voor consumenten, moeten ze goedkoper zijn en langer meegaan. Lees op de volgende pagina waarom en hoe.
Elektrische auto's van weleerDe huidige drang naar elektrische auto's is meer een opleving dan een revolutie. In feite waren er in het begin van de 19e eeuw elektrische rijtuigen, lang voor de verbrandingsmotor. In onze tijd kwamen zowel Toyota als General Motors eind jaren 90 met elektrische automodellen die ze uiteindelijk uit de productie haalden.
GM EV-1:General Motors bracht in 1996 een klein aantal van deze elektrische sedans uit, maar alleen voor lease. Het trok alle modellen in 2003 na een gerapporteerde $ 1 miljard te hebben uitgegeven aan ontwikkeling [bron:CBS News]. TIME Magazine noemde het ook een van de "50 slechtste auto's aller tijden" vanwege het beperkte bereik en de hoge productiekosten [bron:TIME].
Toyota RAV4-EV:De elektrische versie van de bekende RAV SUV. Net als de EV-1 stopte Toyota met het maken van dit model in 2003. Volgens het bedrijf heeft het de auto ingeblikt vanwege de trage verkoop en de onpraktischheid van de energieverslindende batterij die meer kostte om te vervangen dan het hele voertuig [bron:Toyota] .
Lees meer>
De Tesla Roadster kan het equivalent van 256 mijl per gallon rijden. Sluit hem gewoon 's nachts aan en je kunt tot 250 mijl (402 kilometer) rijden zonder te stoppen bij het tankstation. Maar er is een addertje onder het gras:een model uit 2009 wordt verkocht voor meer dan $ 100.000.
Een deel van die forse prijs is het gestroomlijnde sportwagenontwerp en de voorzieningen en het vermogen om in minder dan vier seconden van 0 naar 60 mijl per uur te gaan - een acceleratie die tot de best presterende benzinesportwagens behoort. Maar die kracht is niet goedkoop. Li-ionbatterijen zijn zelfs ongeveer vier tot vijf keer duurder dan nikkel-metaalhydride-batterijen [bron:Popely]. Aangezien de voor auto's geschikte pakketten elk tussen $ 10.000 en $ 15.000 kunnen kosten, zal het vinden van een goedkoper alternatief een grote hindernis zijn voor autobedrijven die ze op de markt willen brengen [bron:Popely].
Er is ook een probleem met de batterijduur. Net als de AA-batterijen die je in de afstandsbediening van je tv stopt, gaan Li-ion-batterijen uiteindelijk dood. Zelfs als u ze niet gebruikt, beginnen ze te degraderen zodra ze zijn gemaakt. Je kunt ze opladen, maar slechts een beperkt aantal keren. Het is alsof je een kruik water probeert te vullen met een klein gaatje dat bij elk gebruik groter en groter wordt.
We meten de levensduur van de batterij in levenscyclus, of het aantal keren dat je hem kunt leegmaken, opladen en opnieuw gebruiken. Bij Li-ion-accu's krijgt u, als u uitgaat van een 100 procent volledig opgeladen accu, een langere individuele levensduur, maar vermindert het totale aantal cycli dat u eruit haalt. Om die reden staat de Tesla Roadster je niet toe om meer dan 95 procent van het oorspronkelijke vermogen op te laden of te laten leeglopen tot minder dan 2 procent [bron:Eberhard en Straubel]. Ook verwacht het bedrijf dat het batterijpakket 100.000 mijl of vijf jaar meegaat. Op dat moment zou u de batterij moeten vervangen.
Net als bij het veiligheidsprobleem, zijn onderzoekers op zoek naar een lithiumalternatief dat langer meegaat. En nogmaals, nanotechnologie lijkt het peloton van mogelijke oplossingen te leiden. Een bedrijf, Altair Nanotechnologies, kondigde in 2006 aan dat het een nieuw materiaal had gevonden dat veel langer meegaat dan Li-ion-batterijen en sneller zou opladen voor dezelfde prijs, lithiumtitanaat genaamd [bron:Bullis]. Het Canadese autobedrijf Phoenix Motorcars gebruikt lithiumtitanaatbatterijen in zijn lijn van elektrische auto's met een bereik van meer dan 100 mijl.
Toshiba heeft ook een snelladende Li-ion-batterij uitgebracht, in eerste instantie voor fietsen en bouwvoertuigen die het uiteindelijk in auto's wil testen [bron:MSNBC]. In juni 2008 maakte Toyota ook plannen bekend om de krachten te bundelen met het bedrijf dat zijn huidige hybride batterijen produceert om tegen 2009 Li-ion-batterijen te ontwikkelen [bron:Kim].
Met zoveel energie die in de ontwikkeling van Li-ionbatterijen gaat, is de kans groot dat ze in de nabije toekomst onze auto's van brandstof kunnen voorzien. Bezoek de links op de volgende pagina voor meer informatie over de auto's van morgen en gerelateerde informatie.
