Prezentare 2 (1) (1) [604996]

SURSE DE ENERGIE PENTRU
AUTOMOBILUL ELECTRIC
Trifu Alin
UPB FIE
121A

Alimentarea cu energie generată eficient și la prețuri accesibile se
numără printre marile priorități ale vremurilor noastre. Tehnologia și
inovațiile reprezintă cheia unei alimentări sigure, accesibile și curate cu
energie electrică. Pentru a îndeplini aceste cerințe , precum și pentru a
soluționa alte provocări legate de sustenabilitatea sistemelor ene rgetice,
se impun măsuri la nivelul întregului lanț de transformare a energiei,
începând de la utilizarea combustibililor fosili, producția și transportul
energiei electrice până la optimizarea consumului. În c iuda cre șterii
procentului energiei provenite din surse regenerabile în consum,
tehnologiile convenționale de generare a curentului electric vor continua
să joace un rol important în alimentarea fiabilă cu energie, pentru
următoarele câteva zeci de ani. Ca urmare, tehnologiile exist ente, folosite
pentru generarea curentului electric, trebuie să dev ină mai eficiente.

INTRODUCERE

•Automobilul electric este un vehicul cu emisii zero propulsat de un motor
electric cu alimentare de la o sursă electrica.
•În compara ție cu autovehiculul hibrid (exemplu Toyota Prius), care
func ționează pe bază de acumulator și benzină, autovehiculul electric
func ționează în exclusivitate cu ajutorul curentului electric, furnizat prin
acumulatori.

ISTORIA AUTOMOBILULUI ELECTRIC

•Primul automobil electric a fost
construit de Robert Anderson in
Aberdeen in anul 1839.
•Un vehicul electric cu baterii,
dezvoltat de Boeing si General
Motors a fost utilizat de astronau ții
din Programul Apollo pe Lună
(Lunar Roving Vehicle ).

•În 1828, maghiarul Ányos Jedli realizează un model primitiv de motor
electric și o dată cu acesta și un vehicul propulsat electric. În 1834, fierarul
american Thomas Davenport, inventatorul motorului de curen t continuu,
realizează un vehicul propulsat de acest motor care se depl asa pe un ghidaj
circular înzestrat cu conductori electrici de alimenta re.

•În 1835, olandezii Sibrandus Stratingh și Christopher Becker realizează un
automobil electric în miniatură, ac ționat de baterii nereîncărcabile. În
1838, scoțianul Robert Davidson construie ște o locomotivă electrică ce
atinge 6 km/h. Între anii 1832 și 1839, compatriotul său, Robert
Anderson realizează un vehicul electric ac ționat de baterii nereîncărcabile.

•În 1899, belgianul Camille Jenatzy depă șește 100
km/h cu un vehicul electric denumit Jamais
Contente , de formă aerodinamică asemănătoare
unui obuz.
•Era un vehicul pus în mișcare de motoare electrice.
Avea lungimea de 3,8 metri, lățimea de 1,56 m,
înălțimea de 1,4 metri și o greutate de 1450 kg.
•Automobilul purta numele „La Jamais
Contente” (sau „The Never Satisfied ”, după cum îl
numeau englezii) și avea o formă de rachetă sau,
mai degrabă, de torpilă . Totu și, aerodinamicitatea îi
era diminuată prin pozi ția înaltă, expusă a pilotului.

Sursele principale de alimentare a unui automobil electric
sunt:
1.Bateriile
2.Supercondensatoarele
3.Pilele de combustie

PROPULSIE PRIN ACUMULATORUL „CLASIC”

Firma Altairnano dezvoltă și produce din 2007 un acumulator pe
bază de titanat de litiu, a cărui capacitate propulsează un
autovehicul pe o distan ță de max. 400 km, durata de reîncărcare a
acumulatorului fiind de numai 10 minute. Acumulatorul se nume ște
Nanosafe și este folosit deja de către firma americană Phoenix Motors
care în 2008 a lansta pe pia ță 2 ma șini: Phoenix SUV și Phoenix SUT. De
asemenea, va fi folosit si pentru modelul Lightning GT — cel mai rapid
electrovehicul până în prezent.
Două alte firme s -au profilat în domeniu, Continental și A123 Systems ,
firme favorizate de către General Motors și care vor produce cel mai
probabil acumulatorii pentru noul Chevrolet Volt, anun țat pentru 2010.

BATERIILE LITIU-ION
•Bateriile litiu-ion dau energie telefoanelor și laptop-urilor noastre. Ele au
început să ne alimenteze cu energie și automobilele, însă dezvoltarea
automobilului electric este afectată de progresul lent al tehnologiei
acumulatorulu
•Ca mai toate bateriile-acumulator, bateriile litiu- ion stochează energia
electrică folosind potențiale electro -chimice. Spre deosebire de bateriile
simple, bateriile litiu- ion sunt reîncărcabile, astfel că reactivii lor pot fi
regenerați prin simpla trecere a electricității prin in terior. După ce bateria s -a
descărcat, aceasta se poate conecta la un încărcător care folos ește
energie electrică pentru a inversa reacțiile chimice care au avut loc în
baterie pe durata folosirii ei.

•Firesc, bateria litiu- ion lucrează folosind ionii
de litiu încărcați pozitiv pentru a transfera
sarcina electrică. Ca toate bateriile, și
aceasta este formată din doi electrozi: unul
pozitiv, confecționat dintr-un compus
conținând litiu (asociat adesea cu un oxid
metalic de tranzi ție, de exemplu mangan); și
unul negativ, din carbon de obicei. Acești doi
electrozi sunt conectați printr -un electrolit
care permite purtătorilor de sarcină (ionii de
litiu) să se deplaseze între cei doi
electrozi. Cele două jumatăți de reac ție
arată astfel:
•LiMn2O4 ⇌ Li1-xMn2O4 + xLi+ + xe-
•xLi+ + xe- + xC6 ⇌ xLiC
O baterie litiu- ion simplă folosește
ionii de litiu ca element de încărcare.
În timp aceștia determină o
deformare a electrozilor, cauzând
degradarea bateriei

•Când bateria se descarcă (furnizând energie), ionii de
litiu se mișcă de la electrodul de carbon înapoi la
electrodul care con ține litiu, urmând calea inversă
atunci când bateria se reîncărcă. Din păcate, acest
proces înainte și înapoi nu se poate repeta la nesfâr șit.
De-a lungul timpului, trecerea ionilor de litiu prin electrozi
îi face să se umfle și să se micșoreze repetat, și astfel îi
degradează, iar acumulatorul își pierde capacitatea .
•Astfel că pentru a îmbunătă ți bateriile trebuie să
îmbunătă țim materialele electrozilor – ceea ce
înseamnă că trebuie să în țelegem modul în care aceste
materiale se modifică prin repetarea ciclurilor de
încărcare și descărcare. Aici poate ajuta ILL și sursa sa
de neutroni, și anume permițându -ne să "vizualizăm"
modificările din structura cristalină a electrozilo r.
Difracția neutronilor este o tehnică excelentă pentru
evidențierea ionilor de litiu care se deplasează pr in
electrozii, deoarece neutronii se pot devia de cătr e
elementele chimice u șoare precum litiul.

Diferiți electrozi de mangan
suportă modificări diferite pe
durata ciclurilor de
încărcare -descărcar

BATERIA ALUMINIU-AER
•Noua baterie folosește un anod din
aluminiu, în timp ce rolul catodului e
luat chiar de oxigenul din aer .
Reacția chimică pentru producerea
curentului electric e asigurată de
apă, care transformă aluminiul în
alumină (cam cum se întâmplă cu
procesul de ruginire al fierului), iar
un electrolit special conceput
permite continuarea cât mai mult
timp posibil a acestui proces.

Performanta electrochimica a bateriei aluminiu aer.
Trecerea curentilor de aer

•Companiile Phinergy și Alcoa au un parteneriat prin car e studiază un nou tip de
baterie, bazată pe principiul de funcționare metal -aer.
•Cele două companii sunt acum în tratative cu guvernul
canadian pentru demarare unui program pilot, pentru a vedea care sunt
avantajele și dezavantajele soluției lor în viața reală . Suntem siguri că, dată fiind
evoluția galopantă a tehnologiei, rezultatele vor fi pozitive, iar pe ste foarte
puțini ani termenul ”range anxiety” (care le amenință multora ”liberta tea” de
a conduce) nu se va mai aplica mașinilor electrice.

•Unul dintre inconveniente ține de
”consumarea” bateriei – după ce procesul s –
a încheiat, bateria nu poate fi încărcată pur
și simplu de la rețeaua de curent electric (așa
cum se întâmplă cu bateriile litiu -ion), ci
trebuie înlocuită. Un dezavantaj major pentru
avocații motoarelor cu ardere internă, dar
unul extrem de mic în opinia inventatorilor.
•Practic, acestă baterie oferă o eficiență
foarte mare: teoretic, o baterie aluminiu-aer
cu masa de 100 kg poate asigura o
autonomie maximă de 3.000 km , în timp ce o
baterie litiu- ion cântărește de 5 ori mai mult
pentru a asigura o autonomie de 10 ori mai
scăzută (exemplu bateria de pe Tesla Model
S).

•Prin urmare, în acest moment bateria aluminiu-aer poate avea rol de
”range -extender” , fiind gândită mai mult pentru rarele situații în car e
utilizatorul are nevoie să parcurgă distanțe mari. Creatori i sugerează că se
poate gândi un sistem foarte avantajos de închiriere a ace stei baterii, care
are șanse să -i convingă pe mulți clienți să aleagă mașina electri că.

•În altă ordine de idei, dat fiind că rulajul mediu zil nic al unui utilizator
obișnuit de mașină electrică este de circa 50 km, folosirea unei astfel de
baterii suplimentare aluminiu- aer ar necesita înlocuirea sa doar o dată pe
an! În condițiile în care șoferul nu ar mai avea grija autonomi ei dacă apare
necesitatea unui drum mai lung.

LFBATTERY -BATERIA CARE SE
INCARCA INSTANT
•Un grup de cercetători de la
Universitatea Purdue a creat o
baterie (Ifbattery) care folosește
electroliți fluizi pentru a realimenta.
Această tehnologie va elimina
timpul de încărcare al unei mașini
electrice obișnuite și (timpul ) va fi
echivalent cu reîncărcarea unei
mașini pe combustibil fosil.

•Eric Nauman, co-fondator al Ifbattery și
profesor la Universitatea Purdue, a
precizat: „dezvoltăm un sistem de
înmagazinare care va permite șoferilor să își
alimenteze mașinile electrice sau hibride cu
electroliți fluizi așa cum și -ar umple rezervorul
cu benzină”. Electroliții folosiți vor fi colectați
și duși la o instalație de energie regenerabilă
pentru a fi reîncărcate, scrie Daily Mail.
•Mulți văd în mașinile electrice/hibride viitorul
automobilelor, în schimb, timpul lung de
alimentare este văzut ca o problemă majoră
de către cei care doresc să achiziționeze
acest tip de mașini. Astfel, noua tehnologie
are potențialul de a aduce o creștere
însemnată în vânzări, pentru o industrie care
este deja în plină expansiune

SUPERCONDENSATOR
•Supercondensatorul este un tip
de condensator
electric cu capacitate mult mai mare ca
a unui condensator electric obi șnuit.
Condensatorul este în principiu cel mai
bun concept pentru a înlocui motoarele
conven ționale pe benzină, mult mai bun
decât acumulatorul „clasic”, bazat pe
litiu-ion, deoarece nu există reac ții
chimice, timpul de reîncărcare este
foarte scurt, iar randamentul este de
100%. Însă pană în 2008 nu au existat
produse satisfăcătoare pe pia ță.

•Un nou condensator care ar putea revolu ționa
industria auto după un secol de cercetare este
anun țat în 2008 de către firma americană EEStor ,
care conform propriilor declara ții a descoperit un
nou tip de supercondensator, cu o densitate de
energie de 340 Wh/kg (condensatorii normali au
o densitate în jur de 5 Wh/kg) care va fi produs în
serie în scurt timp sub numele de EESU (EEStor
Energy Storage Unit). EESU are o masă de 152 kg,
un volum de 33 litri, capacitate de 31 Farad,
tensiune 3500 V și un pre ț de 3200 $.
Reîncărcarea cu 52 kW/h ar fi posibilă în ca. 6
minute .

•Primul automobil care a
integrat această tehnologie
este cityZENN[1]. CityZENN aparut in
2009, atinge o viteză de 125 km/h,
iar distan ța de deplasare cu o
singură încărcare este de 400 km.
Acest automobil reduce costurile
de între ținere cu 90%, comparativ
cu un vehicul obi șnuit, conform
declara țiilor firmei producătoare
Zenn Motors[2].

•Datorită faptului că grosimea stratului
electric dublu (adică distan ța dintre plăcile
condensatorului) este extrem de redusă
datorită utilizării electroli ților și suprafa ța
materialelor de acoperire poroase este
colosală, energia stocată de ionistor este
mai mare comparativ cu condensatorii
conven ționali de aceea și mărime.
• În plus, utilizarea unui strat dublu electric în
locul unui dielectric conven țional permite
creșterea suprafe ței electrodului. O
capacitate tipică pentru ionistori – este de
câteva farazi la o tensiune nominală de 2 -10
volți.

•Hibridizarea acumulatorilor.
•Bateriile de acumulatori au un număr limitat
de cicluri de încărcare -descărcare, iar uzura
lor devine excesivă la descărcări intense, mai
ales la temperaturi scăzute . Pentru a reduce
consumul de curent de vârf în baterii se
conectează la bornele bateriei un
supercondensator, care va furniza curentul
necesar alimentarii unui consumator fluctuant
protejând acumulatorul.

•Un supercapacitor acționează ca un filtru care ameliorează vârfurile de
putere. Acesta apoi recuperează energia lent, ceea c e extinde durata
de via ța a acumulatorului cu peste 50% în func ție de tipul
acumulatorului și de dimensiunea supercondensatorului . Rezultă un
acumulator care livrează rapid un curent de descărcare foa rte mare
cu rezisten ță internă mai mică. Aceasta permite folosirea unui
acumulator mai mic cu acelea și performan țe.
•Utilizează viteza de încărcare a ultracapacitoarelor când se
recuperează energie (la coborâri de pante sau frânari) și viteza de
descărcare a supercapacitoarelor la accelera ții ce trebuiesc sus ținute
cu un curent de vârf peste puterea acumulatoarelor.

Avantaje
Milioane de ciclii de
func ționare. Putere specifică mare,
rezisten ță internă mică, curen ți de
descărcare foarte mari. Timpi de
încărcare de ordinal secundelor, fără
a fi nevoie de limitare a încărcării la
terminarea procesului. Încărcare
simplă fără riscul de defect la
supraîncărcare. Func ționare
excelentă în limite largi de
temperatură (temperaturile extrem
de joase neafectând esen țial
parametri) Dezavantaje
Energii specifice mici. Diagrama de
descărcare liniară ceea ce impiedică
utilizarea spectrului energetic
complet. Autodescărcare
semnificativ mai mare comparativ cu
bateriile conven ționale. Tensiuni mici
admise pe element ceea ce duce la
necesitatea înserierii și a unor circuite
suplimentare de egalizare a
poten țialelor pe elemente. Costuri
mai mari decat bateriile clasice.

PILE DE COMBUSTIE
•O pilă de combustie este un sistem electrochimic
care converte ște energia chimică în energie
electrică.
•Combustibilul (sursa de energie) este situat
la anod, iar la catod se află oxidantul.
•Spre deosebire de baterie, care este un sistem
închis, pila consumă combustibilul de la anod
prin oxidare electrochimică generând curent
electric continuu de joasă tensiune.
•Avantajele utilizării sistemelor energetice pe bază
de pile de combustie sunt:
•produc curent electric continuu la tensiuni scăzute
și intensită ți medii;
•nu produc poluarea mediului ambiant;
•func ționează fără vibra ții sau zgomote, neavând
elemente în mi șcare.
Schema simplificată a
unei pile de combustie
pe bază de hidrogen

•O pilă de combustie are un anod, un catod și
un electrolit . Ea este alimentată cu un combustibil și cu
aer. Oxigenul din aer, necesar arderii combustibilul ui,
este ionizat la catod. Ionii migrează apoi în elect rolit
pentru a ajunge la anod unde se produce oxidarea
combustibilului.
•Procesele cinetice ireversibile asociate unei pile d e
combustie constau într-o serie de reac ții redox (de
reducere/oxidare). În pilă, combustibilul A, de exempl u
hidrogenul, este este adsorbit pe suprafa ța anodului
poros, unde este disociat în ioni și electroni într-un proces
de oxidare. Ionii de combustibil migrează prin elect rolit
la anod la catod, unde se întâlnesc cu electronii ( veniți
prin circuitul electric exterior) și oxidantul B. Are loc
reac ția de reducere, rezultând un produs de reac ție
(apă, dacă combustibilul este hidrogenul).

Pila de combustie cu
carbonat topi t

•În timpul func ționării, electrozii nu
suferă nicio modificare structurală,
ei servind doar ca suport pentru
reac ție. La anod are loc oxidarea
catalitică a hidrogenului atomic, iar
la catod reducerea catalitică a
oxigenului atomic. Fenomenul de
oxidare și reducere catalitică are
loc în regim trifazic (gaz —lichid —
solid) la suprafa ța catalizatorului
conform reac ției globale:
•H2 + 1/2 O 2 → H 2O

Schema de functionare a
unei pile de combustie

•Vehiculele cu pile de combustie sunt un
tip de vehicule electrice care
utilizează pile de combustie pentru a
alimenta cu energie un motor
electric intern. Pilele de combustie
produc curent electric, de regulă folosing
oxigenul din aer și hidrogen dintr-un
rezervor amplasat în automobil. Un
asemenea automobil nu emite decât
căldură și apă, fiind considerat Vehicul
cu emisii zero.
•Primul vehicul de acest tip a fost
dezvoltat de General Motors în anii 1960
(Chevrolet Electrovan).

Chevrolet Electrovan

REFERINTE
•https://ro.wikipedia.org/wiki/Automobil_electric
•https://ro.wikipedia.org/wiki/Istoria_automobilului_elec tric
•https://www.ford.ro/service/informatii-utile/faq/vehicul e-electrice
•http://www.imst.pub.ro/Upload/Studenti/SSS_2016/lucra rile_sesiunii_stud_2016
/ALIMENTAREA_UNUI_AUTOVEHICUL_ELECTRIC.pdf
•https://www.scienceinschool.org/ro/content/o-baterie-lit iu-ion-mai-
bun%C4%83
•https://www.electricianul.ro/bateriile- si-limitele-lor-fizice/
•https://www.descopera.ro/stiinta/16405320-o-noua-tehnologie- poate-
revolutiona-masinile-electrice-bateriile-care- se-incarca-instant
•https://www.promotor.ro/masini-noi/eco/bateria-aluminiu-a er-promite-o-
autonomie- de-3000 -km-pentru-masinile-electrice- 12742956

•https://www.nbcnews.com/mach/science/new-refillable-b atteries-could-
fuel-electric-car-revolution-ncna974556
•https://www.nbcnews.com/mach/science/new-refillable-b atteries-could-
fuel-electric-car-revolution-ncna974556
•https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20181112a /full/
•https://ro.wikipedia.org/wiki/Supercondensator
•http://www.ultracondensatoare.ro/supercapacitor/
•https://dokumen.tips/documents/pile- de-combustie-alcaline.html
•http://www.creeaza.com/referate/chimie/Pile- de-combustie318.php
•https://ro.wikipedia.org/wiki/Vehicul_cu_pile_de_combu stie