Elfordon på frammarsch: Nya batterityper, nya möjligheter
av Claus Laurén Forum 1991-13, sida 12-13, 10.10.1991
Toyotas ”commuter” EV 30 (Electric Vehicle) gick på zink-kromidbatterier. I höst kommer Toyota med en elektrisk ”vägbil” med Ni-Cd-batterier.
Elfordon på frammarsch:
NYA BATTERITYPER, NYA MOJLIGHETER
Text: Claus Laurén
Elektriska motorer i fordon är förvisso ingen nyhet. Elbilar rullade på vägarna i början av seklet och representerade redan då ett tyst och miljövänligt alternativ till andra fortskaffningsmedel. Huvudproblemet, då som nu, var framför allt den begränsad räckvidden.
en klassiska blyackumulator var långt in i modern tid de enda realistiska sättet att lagra elektrisk energi. Batterierna är som känt tunga och otympliga, och med lagringskapaciteten är det också både si och så. Och så länge den billiga oljan flödade och miljökatastrofer var något som bara science fiction-författare sysslade med, var motivationen ytterst låg för att utveckla nya och effektiva elektriska lagringssystem.
I och med rymdteknologins och dataelektronikens utveckling under de tre senaste decennierna skapades också helt nya behov av lätta och högpresterande elektriska lagringssystem. Ni/Cd-batteriet såg dagens ljus.
Det handlade om en lagringsteknologi med betydligt bättre prestanda än den klassiska ackumulatorns, och då det gällde miljösidan var det ungefär hugget som stucket. Bly eller kadmi 1 um plus kvicksilver kan ur giftighetssynpunkt bedömas som ungefär lika otrevliga.
NYA ELEKTROKEMISKA REAKTIONER
Från svensk botten kan noteras att det satsas en hel del på elektriska bilar. Den ackumulatortyp som man i dag har riktat in sig på baserar sig på en reaktion mellan natrium och svavel. Batteriet består av en mycket stor och tung lagringsenhet. som dessutom är relativt dyr. Uppenbarligen har den dock tillräckligt goda egenskaper för att fylla de uppställda måtten. Fransmännen rapporterar häpnadsväckande resultat med en elackumulerande tunnfilm. Förtegenheten är emellertid stor då det gäller själva tekniken. och det verkar som om alltsammans än så länge befann sig på ett mycket tidigt experimentstadium.
I Japan och USA har man valt att gå en annan väg, och den teknik som har utvecklats här står i dag inför sitt kommersiella genombrott. Det rör sig om en växelverkan mellan nickel och en metallhydrid. Vätgas adsorberas respektive desorberas av hydriden i takt med laddning/urladdning. Elementet är helt slutet för undvikande av vätgasläckage.
Det nya elementet har tre uppenbara fördelar. Priset är lågt, prestandan är hög och risken för giftiga tungmetaller har eliminerats.
Tarvar ordet hydrid en förklaring? Det står helt enkelt för en kemisk förening mellan ett grundämne (i detta fall en metall eller en metallegering) och väte. Under utvecklingsarbetet med de nya batterierna har ett antal olika kemiska reaktioner testats. De mest lovande resultaten har uppnåtts med en komplicerad legering av titan/zirkon/vanadium/nickel/krom som väteupptagande komponent. Denna legering har utvecklats vid Ovonics Battery Company i Troy, MI, USA.
Japanerna har arbetat med en dyrbarare vätebärare, d vs LaNis (lantan-nickel). Det finns ett antal stora japanska företag, som är involverade i detta utvecklingsarbete, bl a Matsushita, Toshiba, Sanyo och Sharp.
Som synes rör det sig i det japanska fallet inte om några biltillverkare utan om elektronikföretag. Detta är naturligtvis ingen tillfällighet. Medan elbilarna är ett framtida applikationsområde för den nya batteritekniken, ligger däremot områden som portabel kommunikations- och informationselektronik. samt laddningsbara verktyg inom de dagsaktuella tillämpningarnas råmärken.
MEN BILARNA KOMMER!
Forskningen inom detta område har sedan länge stötts av den japanska regeringen främst genom NEDO (New Energy Development Organisation) och JRDC (Japan Research & Development Corporation). Genom dess organ har gemensamma FoU-projekt som genomförts av nationella laboratorier och universitet, kunnat överföras till industrin. Som en följd finns laddningsbara batterier av nickel/ metallhydridtyp redan nu på marknaden i konkurrens med de redan klassiska Ni/Cd-batterierna.
Och i höst presenterar Toyota sin första elbilsprototyp med metallhydridbatterier!
På Argonne National Laboratory, Argonne, IL, USA, har man genomfört prover med hydridbatterier med speciell inriktning på elfordon. Resultaten är ytterst lovande.
De batterier som testades var av den ovan beskrivna amerikanska ty 13/1991 FRUN pen. Den specifika energin överskred 200 W/kg vid full laddning och visade sig bibehållas på en mycket hög nivå under praktiskt taget hela urladdningen. Detta är naturligtvis en mycket viktig detalj. En jämn kraftförsörjning från batterierna är speciellt viktig just i fordonssammanhang.
En annan utomordentligt väsentlig egenskap hos just fordonsbatterier är laddningshastigheten. Även på denna punkt har hydridbatterierna visat sig vara synnerligen bra. Man talar om laddningstider på ca en timme till full laddning.
Krav på batteriers prestanda då det gäller elfordon har ställts i den sk Simplified Federal Urban Driving Schedule (SFUDS). Dessa standardiserade testnormer användes för att pröva den nya batteritypen.
Man simulerade bla räckvidden hos en bil utrustad med hydridbatterier och kom fram till resultatet 98 engelsk miles, d v s ca 170 km. Resultatet är 1 väsentlig mening ett annat än de räckvidder som normalt uppnåtts med blyackumulatorer. Där har det knappast rört sig om mer än hälften av dessa värden. Nämnas må att de sju Peugeot J5 som inköpts av svenska Sydkraft som testobjekt har en räckvidd på bara mellan 60 noch 70 km.
LÅG FÖRSLITNING
En viktig faktor ur rent ekonomisk sypunkt sett är batteriernas hållbarhet. Det är bl a på denna punkt som den i sig utmärkta s k bränslecellen stupar. På detta område pågår fortfarande intensiv forskning, men hållbarhetsproblemen förefaller att vara närmast oÖverstigliga.
Då det gäller de nyutvecklade batterierna ligger det till på ett annat sätt. Kapaciteten har visat sig vara närmast oförändrad efter 170 cykler, och man räknar realistiskt med att den effektiva livslängden ligger någonstans melIan 500 och 1 000 cykler.
Ovonics utvecklingsarbete har lett till en punkt mycket nära det stora kommersiella genombrottet. Licenser har sålts till tyska Varta och japanska Hitachi. Ett samarbete mellan Hitachi och Toyota verkar därmed inte alldeles osannolikt. då det gäller elfordonsteknologin.
MEN — VARFÖR ELDRIFT?
Frågan kan förefalla idiotiskt ställd. Det är väl kristallklart att en ren eldrift inte ger sådana utsläpp, som en vanlig otto- eller dieselmotor sprutar fram Ändå hamnar man ohjälpligt in i en annan frågeställning: den el som matas in I elbilen måste faktiskt produceras på ett eller annat sätt. Och om denna elproduktion sker med hjälp av förbränningsteknik och rankine-cykler, så ligger man väl i stort set på plus-minus-noll, i alla fall?
Riktigt så enkelt är det inte. Först och främst kan man fastslå att lejonparten av elproduktionen, åtminstone 1 Norden, sker på ett relativt miljövänligt sätt. Utan att gå in på den infekterade kärnkraftsfrågan kan man i alla fall konstatera att den tekniken inte producerar förbränningsgaser. Då det gäller vattenkraft vet vi till mans att denna elproduktion är ren. Och då det gäller kondenskraftverk och gasturbiner kan mycket göras åt avgasfrågan, eftersom det handlar om stora enheter.
Men det viktigaste i detta sammanhang är faktiskt den svåra balansgången mellan energiproduktion och dimensionerande effekt. Under stora delar av dygnet och årstiderna produceras helt enkelt en väldig mängd energi till ingen nytta. Och det är i detta sammanhang som den ackumulatordrivna elbilen börjar bli verkligt intressant. [ ]
DIN BIL ÅR VÄRDEFULL BARA OM DEN ÄR FÖRSÄKRAD
Kolla också att hemmet, fritidshuset, båten år riktigt försäkrade.
JD,
Försäkringsbolaget
Svensk-Finland
Försäkringsbolaget med personlig service
FORUN, 13/199 13