Транспорт на электричестве, или кто обгонит троллейбус

Спасение природы стало настолько популярно, что к созданию экологичного автомобиля решила приложить руку (вернее, кошелёк) система магазинов Whole Foods Market, специализирующая на продуктах. Компания объединилась с проектом Urban Green Energy, занимающимся производством станций зарядки. Идея совместного проекта состоит в том, чтобы устанавливать ветряные модули на парковках магазина, дабы электромобили и гибриды могли зарядить здесь свои аккумуляторы. Первые ветряные системы Sanya Skypump уже смонтированы на парковке строящегося супермаркета.

После запуска проекта компании потребуется только следить за состоянием «ветряков», поскольку станции являются полностью автономными системами. Предполагается, что каждую парковку маркета украсит система из двух модулей Sanya Skypump, способных заряжать аккумулятор, снабжённый разъёмом SAE J1772. От энергии ветра и солнечных батарей будут питаться 19 светильников Sanya SLSTM, освещающих территорию вокруг здания. Такой системе будут нипочём ураганы и шквальные ветры — частые гости на побережье США. Солнечные батареи, значащиеся в проекте Urban Green Energy, будут размещены на козырьках парковки.

Ветряные системы для зарядки электромобилей

Не первый год учёные пытаются создать лёгкие аккумуляторы большой ёмкости, и кажется, что путь к их появлению выстелен полимерными смолами и карбоновым волокном. Именно в направлении исследования таких систем полным ходом движется проект Volvo. Суперконденсаторы из этих материалов компания пытается сделать частью кузова электромобиля. Последние новости от Союза автомобильных инженеров содержат информацию об аналогичной системе, разработанной американцами. Агентство Advanced Research Projects Agency-Energy, созданное в 2009 году для форсирования перспективных разработок в этом направлении, проводит собственные исследования. Результатом этих исследований должен стать безопасный аккумулятор нового типа. По первым буквам основных целей, определяющих развитие проекта, ему дано название REANGE.

Менеджер проекта Пинг Луи ответил на несколько вопросов SAE International. По его мнению, развитие электрических автомобилей напрямую связано с аккумуляторами, правда, речь идёт о дешевизне этих элементов, а не о ёмкости. Масса АКБ и энергетическая ёмкость никак не соответствуют ценам, выставленным производителями. На заре создания компании Пинг вместе с единомышленниками пришёл к выводу, что для развития проекта придётся подыскать новые химические соединения, безопасность и энергоёмкость которых будут выше традиционных. Батареи на основе литий-ионных блоков требуют изоляции и толстой упаковки, что тормозит развитие электрических автомобилей. Даже при том условии, что новые соединения будут проигрывать в количестве хранимой энергии, их вес и меньшая стоимость увеличат дальнобойность автомобилей.

Уменьшение веса в хорошем смысле сказалось бы и на архитектуре автомобиля, поскольку дизайнеры и инженеры имели бы больше свободы. Современные АКБ приходится защищать от малейших деформаций, однако новые технологии позволят отбросить защитные блоки и сделать аккумуляторы частью кузовной системы. Безопасность повысится сразу по двум параметрам: сам накопитель энергии не будет представлять опасности, а его батареи смогут принять на себя часть удара при столкновении.

Аккумулятор электромобиля

Пока что проект ARPA-E требует значительных денежных вливаний. Финансирование уже превысило 37 млн долларов, однако прибыль должна легко перекрыть все затраты. Целью проекта является создание накопителей, способных трансформироваться в зависимости от пожеланий проектировщика и в дверной, и в несущий элемент, и даже в часть капота или крыльев автомобиля. В обмен на потраченные деньги Министерство энергетики США хочет видеть на своём столе проект батареи, способной переместить автомобиль на расстояние в 386 км. Инженеры ARPA-E работают сразу по нескольким направлениям:

• полное исключение из системы жидкостей, связанное с применением тонкоплёночных электролитов из керамики;
• использование в системе ячеек для жидкости, благодаря которым анод и катод не имели бы прямого контакта с электролитом аккумулятора;
• замена стандартных электролитов веществом на основе полимеров и воды;
• замена легковоспламеняемых деталей безопасными аккумуляторами.

Каждое из этих направлений имеет свои перспективы. К примеру, электролиты на основе полимеров и воды позволяют незначительно изменить конструкцию классической системы АКБ, поскольку принцип использования электродов такой же, но с жидкостью они контактируют только в случае получения из аккумулятора энергии.

В этом случае заряды хранятся отдельно, что делает модель безопаснее. Однако до недавнего времени проточные ячейки значительно снижали энергоёмкость системы, из-за чего проект становился непригодным даже для систем стационарного типа, не говоря уже о попытках создать мобильное устройство. Всё изменилось после предложения от исследовательского центра имени Лоуренса в городе Беркли и разработчиков General Electric. Эффективные проточные аккумуляторы появятся в течение года.

Научно-исследовательский центр Соединённых Штатов ведёт свои разработки в этом направлении совместно с учёными из Мэрилендского университета. Основная идея, исследуемая этим проектом, также заключается в замене традиционных электролитов водой. Однако в результате исследований им удалось не только сохранить ёмкость системы, но и увеличить её вдвое по сравнению с АКБ того же класса.

Алюминий-воздушная батарея для электромобиля

Институт Иллинойса изучает этот вопрос под своим углом зрения, получив от правительства грант на 3,4 млн долларов. Деньги выделены на совместный проект института с Аргоннской национальной лабораторией. Электролит в системе их конструкции представляет собой топливо повышенной энергетической плотности. Высокая плотность достигается за счёт использования нанотехнологий. Деформация в случае аварии такому аккумулятору не страшна. Наиболее нестандартный путь выбрала лаборатория в Оук-Ридж: система с электролитом, способным переходить из одного агрегатного состояний в другое в зависимости от требований подачи энергии.

Идея системы с твердотельным электролитом исследуется разными учёными, среди которых выделяются сотрудники Мэрилендского университета. Тонкоплёночные элементы из керамики позволят сделать безопасную и долговечную систему высокой производительности. Однако пока проект находится в категории вероятностей.

SAE International подобрал схожие с рассмотренным проекты, исследующие системы накопления энергии. Большинство таких разработок действительно способно привести к созданию нового вида аккумуляторов, однако ориентировочная цена на самые дешёвые из систем оставляет пока желать лучшего. Между тем именно на этом моменте акцентировал внимание сам Луи Пинг.

В качестве альтернативы рассмотренным системам можно рассматривать исследования вышеупомянутой лаборатории Лоуренса. Здесь исследователи пытаются создать аккумулятор на основе лития и серы. Катод аккумулятора будет состоять из соединения серы и углерода, а анод — из лития. В качестве переносчика заряда в системе выступают ионы лития.

Видео о том, выгодно ли покупать электромобиль:

Проблема литий-серных аккумуляторов заключается в сере, поскольку элементы, сделанные с её применением, отличаются недолговечностью. Новый виток экспериментов привёл к созданию усовершенствованных катодов из нанокомпозитов. В основе системы — оксиды серы и графена. Удельная энергоёмкость системы составит 500 Вт/кг, что превышает ёмкость литий-ионных аккумуляторов примерно вдвое. Что касается долговечности, пространство для работы ещё имеется: литий-серные АКБ способны выдерживать до полутора тысяч циклов перезарядки.

Долговечность литий-серных аккумуляторов может показаться большой, когда речь заходит о цене, ведь сера — довольно доступный элемент, что должно заметно повлиять на стоимость в лучшую сторону. Однако сложность конструкции пока неизвестна, ведь для получения первого рабочего образца проекту из Беркли потребуется 5 лет. Это самый благоприятный прогноз, но после получения рабочего аккумулятора потребуется время на его доработку для бытового использования и запуска в производство.

Как ни странно, вместо теоретических возможностей владельцев автомобилей может порадовать текущее положение дел с электротранспортом. Министр по торговле ЕЭК (Евразийской экономической комиссии) Андрей Слепнев сообщил, что пошлины на ввоз электрических автомобилей в Россию, Казахстан и Белоруссию обнулены. Таможенный союз трёх стран снизил ставку с 19 до 0 процентов. Такие условия будут действовать с 1 февраля текущего года до 31 декабря 2015 года.

Видео об электромобилях в России:

Снижение пошлины действительно только для легковых автомобилей, имеющих электрический не гибридный двигатель и до девяти мест, включая водительское. По словам министра, на совете ЕЭК будут рассмотрены варианты производства этого вида автомобилей. Андрей Слепнев отметил также, что на сегодняшний день подходящего предложения нет, но перспективы проекта, особенно в области улучшения экологической ситуации, очевидны. Правительство рассчитывает, что проект простимулирует строительство соответствующей инфраструктуры и увеличит спрос на автомобили, приводимые в действие аккумулятором. Планируется рассмотреть не только возможность собственного производства автомобилей, но и локализации зарубежных моделей.

Создатели проекта рассчитывают на увеличение спроса в десять раз: с пяти десятков до пяти сотен автомобилей на электричестве в год. Такие объёмы могут вызвать улыбку, но только не у Андрея Панкова, председателя подкомитета Торгово-промышленной палаты, отвечающего за инновационные технологии в автомобильной промышленности. По мнению Панкова, снижение пошлин способно серьёзно изменить расстановку сил среди реализаторов автомобилей в России. Планы Торгово-промышленной палаты кажутся невыполнимыми, ведь за год экспертами планируется реализовывать до 200 000 электрических автомобилей российской и зарубежной сборки.

Mitsubishi i-MiEV — единственный официальный электромобиль в России

Стоит отметить, что сегодня официально в России продаётся только один полностью электризованный автомобиль — Mitsubishi i-MiEV. Эта малогабаритная модель обойдется российскому покупателю в 1,8 млн рублей, и её высокую популярность в нашей стране можно объяснить только тем, что 70 таких автомобилей закупило Управление делами Президента РФ. При этом стоимость той же модели в США, где действует аналогичная поддержка электрических автомобилей, составляет 751 000 рублей (23 000 долларов).