Joten, selvä vastaus ensin:

miksi paristot painavat edelleen 20 kg?

Koska ne ovat edelleen samat lyijyakut. Niin yksinkertaista. Mikään muu tekniikka ei tullut lähelle niiden ampeerien (ja ampeerituntia) alhaisia ​​kustannuksia, lähellä luotettavuutta ja lähes helppoa käsittelyä. 20 kg ei ole niin raskas, jos katsot, että "polttoainetalous" tarkoittaa silti, että keskimääräinen uusi autosi kuljettaa noin kymmeniä kiloja "mukavuutta" ja painaa noin 1 Mg pelkästään metalliosista.

45 vuotta myöhemmin auton akut näyttävät edelleen samoilta ja painavat samoja.

45? Enemmän kuin 120 vuotta ... mutta joo. Rakennamme silti silti teräksestä, betonimme on parantunut, mutta on silti olennaisesti betonia, käytämme teillä asfalttia, kupari on edelleen suosikkimme kapellimestarimme, yleisimmin löydetty vahvistintekniikka kaikessa, mikä ei ole pohjimmiltaan matalataajuista bipolaaritransistoreihin perustuva A / B-luokan vahvistin, ja jääkaapimme eivät silti perustu tehokkaampiin lämmönsiirtovälineisiin, vaan enemmän tai vähemmän vaarallisten nesteiden puristamiseen.

Joten nyt vastauksen jälkeen kirjaimelliseen kysymykseesi todelliseen kysymykseesi , jota et valitettavasti kysynyt

Akkutekniikka on siirtynyt niin pitkälle viimeisten 100 vuoden aikana. Lyijyhappo-käynnistysakku tuli yleiseksi autoissa vuonna 1920, lyijy on pohjimmiltaan myrkkyä, eikä rikkihappo / lyijyhappo ole yhtä vaarallinen. Heillä on tapana epäonnistua kylmissä lämpötiloissa, varsinkin jos niitä ei ylläpidetä säännöllisesti, ja vaikka niiden tuotanto onkin ilmeisen halpaa, niiden koko käsittelyn, mukaan lukien vanhojen paristojen takaisinottoa koskevat lakisääteiset vaatimukset, on oltava painajainen.

Miksi teollisuus ei ole vain piirtänyt linjaa ja siirtynyt sellaisiin asioihin kuin LiIon tai hyvät NiCd- tai NiMH-akut, nyt kun sähköautot ovat osoittaneet, että voit luotettavasti ajaa vuosia niiden perusteella?

NiCd-akut ovat yksinkertaisesti huonompia kaikilla puolilla, mutta energiatiheys kuin lyijyhappo. NiMH on parempi, mutta paljon kalliimpi, ja sillä on silti tyypillisesti korkeampi purkausnopeus (ellet tee niistä vielä kalliimpia). Ja silti melko vaikea hävittää oikein.

Litiumparistot eivät ole niin helppoja käsitellä. Sinun on suojattava heitä kaikenlaisilta vikoilta, ja jotkut niistä ovat melko kohtalokkaita: älä ylikuumenna litiumakkuasi. Se räjähtää. Ja lämpö on vakava ongelma moottoritilassa (oikeudenmukaisesti, akun ei tarvitse olla siellä, mutta se on melko kätevä).

Tärkein syy on todella kustannukset. Viimeisen autoni, vuoden 1999 Fiat Punton, akku toimitti enintään 100 A (kun yritin arvioida todellisen oikosulkuvirran, noin 43 A, mutta silti paljon. Sanotaan P = U · I = 12V · 40A = 480W ) virtaa, ja sen nimelliskapasiteetti oli noin 30 Ah (se on energia 12V · 30Ah = 360Wh). Se maksoi minulle 25 €. Joten karkea arvaus, se on halvempaa tuottaa kuin 10 €.

Otetaan siis litiumakkutyyppi, joka on sarjatuotantoa ja siten halpaa. Monien kannettavien akkujen muodostavat yleisesti löydetyt pyöreät solut ovat noin 3 € (sanotaan 1 € tuotannossa) noin 3Ah (11,1Wh), ja ne toimittavat jopa 5A (topit, älä tee sitä pitkään) joillakin 3,7 V. Se tarkoittaa, että yksi näistä soluista voi tuottaa 18,5 W: n virran. Joten, jotta voisit saavuttaa arviolta 480 W halpa autoautoni akun, tarvitset niitä 26. Ne maksoivat tuotannossa 26 €, lukuun ottamatta euroja, jotka kulutat ohjaus-, lataus- ja suojapiireihin, niiden kotelointiin johonkin jäykkään ja turvalliseen sekä siihen, että mineraalit tarvitsevat joidenkin harvinaisten metallien komponenttien tuottamiseen litiumissa akut eivät ole tällä hetkellä halvempia, ja autojen varustaminen kaikkialla maailmassa nopeuttaa ehdottomasti tätä markkinamekanismia.

Tällainen solu painaa noin 90 g. Joten solujen paino on 26 · 90 g = 2,34 kg. Ok, minulla ei ole halpa autoni akun tarkkaa painoa, mutta sanotaan, että se oli 15 kg. Joten säästimme painoa kertoimella noin 6,3, jos kotelomme ja elektroniikkamme ovat kevyitä (ne eivät ole - sikäli kuin voin kertoa, tarvitset mojovan kytkintilan virtalähteen voidaksesi ladata nämä tehokkaasti käyttämällä autosi generaattori, ja ne koostuvat pääasiassa melko suuresta kuparikäämisestä ja ehkä joistakin ferriittisydämestä, joka ei ole myöskään kevyt).

Tämä johtaa noin 3,5: n kustannustekijään komponentin A ja komponenttivaihtoehdon B välillä, käsittelystä haittoja, vähemmän luotettavuutta ja toimitusketjun muutoksia. Ei ihme, että autoteollisuus ei työnnä tähän suuntaan. (Ja muuten heillä on erinomainen lobbaus.)

Uusimmat akut ovat paljon kevyempiä ja maksavat vähemmän kuin koskaan aiemmin. Mutta he eivät käytä LA (lyijyhappo) kemiaa.

LiFePO4-akku (Lithium Ferro Phosphate) tekee mitä tarvitsee hyväksyttävillä koko elinkaarikustannuksilla, mutta korkeammilla alkuperäisillä pääomakustannuksilla - mikä tekee siitä houkuttelevan autonvalmistajille.

Alhaiset alkupääomakustannukset näyttävät olevan tärkein syy lyijyhapon suosimiselle LiFeO4: n kanssa, eikä ole selvää, että on olemassa muita todella hyviä syitä.

Syklin käyttöikä on paljon suurempi kuin lyijyhapon, mikä sallii koko elinkaarikustannusten olla pienempi kuin lyijyhappo.

Toisin kuin LiIon (litiumioni), "piikki sydämen läpi" ei aiheuta ongelmia, joita LiIonilla on.

Latauksen hallinta on "tarpeeksi helppoa".

Verrattuna lyijyhappoon:

Sallittu purkaussyvyys, &in suurin sallittu latausnopeus on korkeampi,

Lämpötila-alue on parempi

Lataustehokkuus on parempi.

Itsepurkautumisen suorituskyky on parempi.

____________________________________________

Litiumioni / LiIon:

LiIon-paristoja kannattaa kommentoida, koska ne saavat usein "huonoa lehdistöä" turvallisuuden suhteen.

C verrattuna lyijyhappoon, LiIon-kemia tarjoaa huomattavasti paremman massa- ja energiatiheyden (kevyempi & pienempi), jonkin verran pidemmän elinkaaren, korkeammat pääomakustannukset ja todennäköisesti jonkin verran korkeammat koko elinkaarikustannukset. Oikein hoidettuna latauksen hallinta on helpompaa. Lämpötila-alueet ovat paremmat, lataus- / purkutehokkuus on jonkin verran parempi. Turvallisuuteen liittyvät haitat eivät ole suurelta osin kysymys - katso alla.

Monissa sovelluksissa LiIon-akut ovat valitsemiasi the-akkuja - Dreamlinersistä Samsung-puhelimiin "Hoverboards" -laitteisiin, Mars Roverista kannettaviin tietokoneisiin ja älypuhelimiin MP3-soittimiin ja muuhun. Kolme ensimmäistä sovellusta valittiin niiden tunnettujen epäonnistumisten vuoksi. Mutta kaikki Mars Roverissa käytettävät valitaan sen soveltuvuuden vuoksi pitkään elävään ja vihamieliseen ympäristöön. Ja ihmisten taskuissa, kodeissa ja autoissa on jokapäiväisessä käytössä satoja miljoonia litiumparistoja.

Ottaen huomioon, kuinka LiIon-paristot voivat vikaantua, näyttävällä tavalla vikaantuvat numerot ovat hyvin harvinaisia. Laajasti raportoidut viat johtuvat melko usein joistakin järjestelmävioista, jotka vaikuttavat suuriin määriin tuotettuun ja jaettuun akkuerään tai -malliin TAI pienemmän volyymin korkean profiilin sovelluksiin. Tällaisissa tapauksissa suunnittelu- tai valmistusvirhe tai puute aiheuttaa tai sallii virheitä, joiden seurauksia LiIon-kemian anteeksiantamaton käyttäytyminen pahentaa.

Esimerkkejä ovat hyvin julkistetut "tuuletus liekillä" -tapahtumat joissakin aikaisemmissa Applen kannettavissa tietokoneissa, Samsung-puhelimissa, itsetasapainossa olevat "leijulaudat" ja vastaavissa. Ensimmäisessä kahdessa esimerkissä yleensä toimivaltaiset valmistajat antoivat suunnitteluvirheen korjaamattomana ja / tai huomaamattomana tai leikkaamattomana valmistuksessa, siltä osin kuin turvamarginaalit tarttuivat niihin. "Leijulautojen" tapauksessa syy ei ole minulle tiedossa, mutta se on todennäköisesti yhtä laadukas kuin edullinen valmistus ja huono latauksen hallinta kuin mikään muu. Kuluttajalaitteissa LiIon-akkuhäiriöt johtuvat usein solussa esiintyvästä oikosulusta, joka johtuu riittämättömistä välyksistä ja joko seuraamasta iskuherkkyydestä tai osumasta tilastollisten valmistustoleranssimuutosten ääripäähän. Nämä ovat suunnittelu- ja valmistusvirheitä, jotka voidaan välttää ylimääräisen dollarin kustannuksella - jotain suurten valmistajien valmistajia haluaisi välttää.

Boeing Dreamliner -akun vikojen tapauksessa en ole nähnyt lopullista perussyy-raporttia, MUTTA vaikka vaikka hyvin pienessä tuotemäärässä tapahtui useita hyvin julkistettuja vikoja (ja ehkä muutama julkaisematon vika), seuraukset olivat hämmästyttävän hyvin sisällytetty.

LiIonin epäonnistumisten, toimintatapojen ja seurausten yksityiskohtainen tarkastelu osoittaa, että ne ovat melkein poikkeuksetta läheskään yhtä väkivaltaisia ​​kuin suosittu "myytti" ehdottaa ja että vaikka energian vapautuminen on huomattavaa, eristäminen on teknisesti suhteellisen helppoa. Suojaus lisää painoa, määrää ja kustannuksia, eikä sitä todennäköisesti löydy kannettavista tietokoneista tai tasku- / kannettavista laitteista. Se löytyy Dreamlinereistä ja sitä voidaan helposti käyttää autoteollisuuden yksittäisakkuissa (ts. Ei-EV-sovelluksissa) pitäen paino ja tilavuus edelleen selvästi lyijyhappotason alapuolella ja vaatimattomilla lisäkustannuksilla. Sähköajoneuvosovelluksissa ongelmat näyttävät olevan ratkaistu tai ratkaistu "riittävän hyvin". Minulla on asiantuntemusta ajoneuvojen turvallisuuden sääntelyalueista, mutta olen varma, että säännökset, jotka tuovat meille upeita törmäysvaikutteisia materiaaleja ja mahdollistavat suurhaihtuvien öljypolttoaineiden asettamisen henkilöautoissa, käsittelevät myös LiIon-virtalähteiden ympärillä olevia turvallisuuskysymyksiä. En ole kuullut 'Tesla' -auton liukenemista akkuhäiriöiden takia - vaikka se onkin voinut tapahtua - ja luulen, että Musk ja muut uskovat, että heillä on tämä riskialue "riittävän kädessä".

En ole koskaan, hiukan pettymykseksi, nähnyt LiIon-ilmaa-liekillä -tapahtumaa, enkä tunne henkilökohtaisesti ketään. Tapahtumat ovat riittävän yleisiä, jotta satunnaisesti saataisiin uutiskirjeitä NZ: sta (NZ: n väestö on alle 5 miljoonaa).

LiIon vs. LiFePO4:

C verrattuna LiFePO4: een, LiIon-kemia tarjoaa hiukan parempia massa- ja energiatiheyksiä (hieman kevyempi & pienempi), huomattavasti LOWER -syklin käyttöiän, hiukan alhaisemmat pääomakustannukset (energiakapasiteettia kohden) ja huomattavasti huonommat kokonaiskustannukset.Latauksen hallinta on suunnilleen sama, mutta LiFePO4: tä on merkittävästi vaikeampaa vahingoittaa marginaalitapauksissa.Lämpötila-alueet eivät ole yhtä hyvät, latauksen / purkamisen hyötysuhde on suunnilleen sama.LiFePO4: een liittyy paljon vähemmän turvallisuuskysymyksiä.

Alueilla, joilla on pienin koko ja paino sekä pienimmät pääomakustannukset (hyvä esimerkki sähköajoneuvojen käytöstä), LiIon on parempi kuin LiFePO4.

Lähes kaikilla muilla alueilla ja sovelluksissa LiFePO4 on parempi tai paljon parempi kuin LiIon, ja pidän niitä nykyisenä valittuna akkuteknologiana korkean energian pitkän käyttöiän ja suuren syklin energian varastointiin.

Litium-käynnistysakkuja on olemassa, ensisijaisesti kilpa- tai muuhun suorituskykyyn tai ylellisiin sovelluksiin, joissa painon säästöt tai kerskaamisoikeudet ovat kustannusten arvoisia.

Kuten muut ovat huomauttaneet, sovelluksen vaatimukset ovat kuitenkin melko äärimmäisiä, ja litiumteknologia vaatii paljon erityiskehitystä ja hoitoa voidakseen luotettavasti ja turvallisesti täyttää käynnistys- / lisävarusteakun roolin moottoriajoneuvossa.Hinnat ovat erittäin korkeat - helposti kymmenestä kaksikymmentä kertaa normaalin lyijyakun kustannukset.Useimmat ihmiset eivät halua maksaa 1000 dollaria auton akusta, joten he eivät.

Vastaus on hyvin yksinkertainen: Koska emme ole löytäneet mitään parempaa.

Auton akun on pidettävä varauksensa pitkään, sen on pystyttävä tuottamaan valtava virta ja mahtuu pieneen tilaan.Ja se auttaisi, jos se ei ole liian kallista.

Lyijyhappo on edelleen paras ratkaisu näihin vaatimuksiin.

Voisit käyttää litiumpohjaista kemiaa, ne pitävät varausta ja tuottavat suuria virtoja.Ne ovat myös paljon kalliimpia, lämpötilaherkät, vaativat enemmän hoitoa sähköisesti ja ovat näyttävämpiä, jos niitä käsitellään väärin sähköisesti tai mekaanisesti.
Lisäkustannukset ja monimutkaisuus eivät yksinkertaisesti kannata <: n 1%: n alennusta autojen lopullisessa massassa.

Huomasin, että lisäsit uuden kysymyksen viestisi loppuun:

Miksi tekniikan kehitys ei ole pystynyt tekemään niistä kevyempiä ja tehokkaampia?

Koska kemia ei toimi näin.

Yhden tyyppisen akun kapasiteetti määräytyy melko paljon sinulla olevien ionien määrällä - eli lyijyhappoakkujen kohdalla melkein tarvitsemasi lyijyn massa sekä joitakin pitämään rakenne ehjä.

Muut akkutyypit kärsivät pinnan puutteesta tai rajoitetusta ionien liikkuvuudesta, mikä rajoittaa näiden akkujen kykyä tuottaa suurta virtaa, mutta lyijyhappoakun tehostamiseksi ei ole paljon tekemistä - vesi on erinomainen kemikaalien kantaja, ja lyijyhappoakun nykyinen hankintakyky on melkein suurin piirtein

Siksi se on yksinkertaisesti kypsä tekniikka. Aivan kuten emme ole tehneet halpoja rakennusteräksiä paljon paremmiksi viimeisen 80 vuoden aikana, lyijyakkujen parissa ei ole paljon tekemistä niiden parantamiseksi hylkäämättä lyijyhappoperiaatetta, ja kaikki ongelmani, jotka toinen vastaukseni selittää .

Superkondensaattorin käyttö käynnistysakuna on täysin mahdollista, ja harrastajat kokeilivat sitä käytännössä, katso esimerkki.Korkeamman hinnan lisäksi raportoidaan joitain esimerkkejä käytännön vaikeuksista:

• Superkorkki, vaikka auto käynnistetään helpommin kuin lyijyakku, latautuu noin puolen tunnin radion kuuntelun aikana, ellei sitä ladata jatkuvasti.
• Suoraan kytketty litiumparisto + supercap-yhdistelmä ei kärsi ylhäältä, mutta päätyi vaurioituneena, kun hän käytti sitä ruohonleikkurin käynnistämiseen - Li-akku tarvitsisi ylimääräistä elektroniikkaa tämän estämiseksi.

Pääasiassa yksi syy: hinta. On olemassa teknisesti parempia vaihtoehtoja, kuten sähköautoissa käytettävät litiumioniakut, mutta ne ovat myös paljon kalliimpia.Näitä akkuja tarvitaan ehdottomasti sähköautoissa, joissa tarvitaan valtavaa kapasiteettia lisäämättä paljon ajoneuvon painoa (lyijyakut olisivat liian raskaita, jos niiden täytyisi vaihtaa polttoainesäiliö auton ainoana energiansyöttönä), muttapolttoainekäyttöisillä autoilla vain moottorin käynnistämiseen käytettävän yhden klassisen lyijyakun paino verrattuna auton painoon ei ole merkittävä, kun taas hinta / kapasiteetti-suhde on dramaattisesti pienempi. Se on kustannus-hyötysuhde: ne ovat halvempia, ne tarjoavat tarpeeksi energiaa auton tarpeisiin, eikä sen painolla ole merkitystä.Paino ja koko ovat merkityksellisiä hintaan verrattuna vain, kun nostat tuhansia kertoja sähkötehon tarpeeseen.