Una macchina può essere una cosa meravigliosa. Può portarti dove vuoi, quando vuoi, anche quando quei luoghi non sono serviti dai mezzi pubblici. In effetti, gran parte della vita moderna sarebbe impossibile senza le automobili. Ci aiutano a raggiungere i nostri posti di lavoro, scuole, negozi di alimentari o anche solo al centro commerciale locale. Sfortunatamente, per quanto meravigliose siano le auto, hanno anche alcuni seri inconvenienti. Due di questi inconvenienti sono che spesso costano un sacco di soldi per la manutenzione e inquinano l'atmosfera con gas nocivi. L'inquinamento atmosferico è diventato un problema serio in molte aree urbane e, con i prezzi della benzina ai massimi storici, il motore a combustione interna potrebbe presto diventare un lusso che la società semplicemente non può permettersi.
Poche persone sosterrebbero di rinunciare del tutto alle auto, ma c'è un modo in cui possiamo avere la potenza e la comodità di un'automobile senza l'inquinamento e le spese causate dalla combustione della benzina? Per fortuna c'è. Molte persone pensano che le auto di un futuro non così lontano saranno alimentate non dalla benzina, ma dall'elettricità. In effetti, queste auto elettriche, note anche come veicoli elettrici o veicoli elettrici, non sono affatto futuristiche. I veicoli elettrici esistono dalla prima metà del 19° secolo; tuttavia, anche ora nel 21° secolo, i motori a combustione interna continuano a regnare. Ma perché le auto elettriche non hanno preso piede?
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Il cuore di un'auto elettrica è la sua batteria. A differenza delle batterie della
maggior parte delle auto, che servono principalmente ad avviare il motore e a far funzionare accessori come la radio o il condizionatore d'aria, la batteria di un'auto elettrica fa funzionare tutto. Soprattutto, fa funzionare il motore elettrico o, più precisamente, gestisce un controller che a sua volta fa funzionare il motore elettrico, quindi deve essere abbastanza potente e duraturo da portare i conducenti dove devono andare con un minimo di ricarica. Fino a poco tempo non sono state prodotte batterie affidabili e producibili in serie in grado di rendere le auto elettriche competitive con le auto a gas. Tuttavia, questo sta cominciando a cambiare. Le auto elettriche non solo sono diventate fattibili, ma ora dovrebbero iniziare a uscire dalle catene di montaggio delle principali case automobilistiche.
Leggi la prossima pagina per scoprire se le batterie saranno mai un modo pratico per alimentare un'automobile.
Contenuti
Una batteria è un dispositivo per immagazzinare energia chimica e convertire quell'energia chimica in elettricità. Una batteria è composta da una o più celle elettrochimiche , ciascuna delle quali è composta da due semicelle o elettrodi . Una semicella, chiamata negativa elettrodo, ha una sovrabbondanza di minuscole particelle subatomiche caricate negativamente chiamate elettroni . L'altro, chiamato positivo elettrodo, ha un deficit di elettroni. Quando le due metà sono collegate da un filo o un cavo elettrico, gli elettroni fluiranno dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo. Chiamiamo questo flusso di elettroni elettricità. L'energia di questi elettroni in movimento può essere sfruttata per fare il lavoro, ad esempio facendo funzionare un motore. Quando gli elettroni passano al lato positivo, il flusso rallenta gradualmente e la tensione dell'elettricità prodotta dalla batteria diminuisce. Alla fine, quando ci sono tanti elettroni sul lato positivo quanti sul lato negativo, la batteria è considerata "morta" e non è più in grado di produrre un flusso elettrico.
Gli elettroni sono generati da reazioni chimiche e ci sono molte reazioni chimiche diverse che vengono utilizzate nelle batterie disponibili in commercio. Ad esempio, le familiari batterie alcaline comunemente utilizzate nelle torce elettriche e nei telecomandi dei televisori generano elettricità attraverso una reazione chimica che coinvolge zinco e ossido di manganese. La maggior parte delle batterie alcaline è considerata una batteria usa e getta . Una volta che muoiono, sono inutili e dovrebbero essere riciclati. Le batterie per auto, invece, devono essere ricaricabili, quindi non necessitano di continue sostituzioni. In una batteria ricaricabile , l'energia elettrica viene utilizzata per invertire le metà negativa e positiva delle celle elettrochimiche, riavviando il flusso di elettroni.
Le case automobilistiche hanno identificato tre tipi di batterie ricaricabili adatte all'uso delle auto elettriche. Questi tipi sono piombo-acido batterie, idruro di nichel metallico (NiMH) batterie e
ioni di litio (ioni di litio) batterie.
Le batterie al piombo sono state inventate nel 1859 e sono la più antica forma di batteria ricaricabile ancora in uso. Sono stati utilizzati in tutti i tipi di auto, comprese le auto elettriche, dal 19° secolo. Le batterie al piombo sono una specie di batteria a celle umide e di solito contengono una soluzione delicata di acido solforico in un contenitore aperto. Il nome deriva dalla combinazione di elettrodi di piombo e acido utilizzati per generare elettricità in queste batterie. Il principale vantaggio delle batterie al piombo è che, dopo essere state utilizzate per così tanti anni, sono ben conosciute ed economiche da produrre. Tuttavia, producono gas pericolosi durante l'uso e se la batteria è sovraccarica c'è il rischio di esplosione.
Le batterie al nichel-metallo idruro sono entrate in uso commerciale alla fine degli anni '80. Hanno un'elevata densità energetica -- ovvero una grande quantità di energia può essere racchiusa in una batteria relativamente piccola -- e non contengono metalli tossici, quindi sono facili da riciclare.
Le batterie agli ioni di litio, che sono entrate in uso commerciale all'inizio degli anni '90, hanno una densità di energia molto elevata e hanno meno probabilità rispetto alla maggior parte delle batterie di perdere la carica quando non vengono utilizzate, una proprietà chiamata autoscarica . A causa della loro leggerezza e dei bassi requisiti di manutenzione, le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate nei dispositivi elettronici come i computer portatili. Alcuni esperti ritengono che le batterie agli ioni di litio siano tanto vicine quanto la scienza è ancora arrivata allo sviluppo di una batteria ricaricabile perfetta, e questo tipo di batteria è il miglior candidato per alimentare le auto elettriche del prossimo futuro. Anche una variazione sulle batterie agli ioni di litio, chiamate batterie ai polimeri di ioni di litio, potrebbe rivelarsi preziosa per il futuro dei veicoli elettrici. Queste batterie possono eventualmente costare meno da costruire rispetto alle batterie agli ioni di litio; tuttavia, al momento, le batterie ai polimeri di ioni di litio sono proibitive.
Forse il problema più grande associato alle batterie delle auto elettriche è la loro ricarica. Come si carica la batteria di un'auto elettrica? Ancora più importante, dove si carica la batteria di un'auto elettrica? Puoi farlo da solo? Puoi farlo a casa? Leggi la pagina successiva per scoprirlo.
Una batteria ricaricabile è inutile a meno che tu non abbia un posto dove ricaricarla. Se stai finendo la carica della tua auto elettrica, non puoi semplicemente fare una breve sosta alla stazione di servizio locale, a meno che la tua stazione di servizio locale non abbia un posto dove puoi collegarla. Sfortunatamente, ricaricare l'ampio array di batterie in un'auto elettrica possono richiedere diverse ore e la maggior parte delle stazioni di servizio preferirebbe che tu non bloccassi le corsie per
così a lungo.
La migliore soluzione al problema della ricarica è portare l'auto a casa la sera e collegarla alla presa, in modo simile a come si potrebbe collegare un computer portatile o un lettore di musica digitale, in modo che possa ricaricarsi durante la notte. I veicoli elettrici saranno dotati di sistemi di ricarica che consentiranno loro di ricaricarsi da una presa elettrica standard in modo che la mattina dopo sarai pronto per riprendere la strada. Sebbene almeno un'azienda affermi di sviluppare sistemi in grado di ricaricare un'auto elettrica in 10 minuti, i caricatori esistenti impiegano tra
3 e 10 ore per portare la batteria di un'auto elettrica a piena potenza utilizzando la normale elettricità domestica
[fonte:Fehrenbacher].
Una volta che un veicolo elettrico è stato ricaricato, quanto lontano andrà prima che debba essere ricaricato di nuovo? Ciò dipende da una serie di fattori, incluso il tipo di batteria del veicolo. I veicoli elettrici che utilizzano batterie al piombo hanno l'autonomia più breve:circa 80 miglia (128,7 km) con una singola carica. Le batterie NiMH offrono prestazioni migliori, con un'autonomia di circa 193,1 km per carica. È qui che le batterie agli ioni di litio eccellono, con un'autonomia di oltre 220 miglia (354,1 km) per carica, usando la Tesla Roadster come esempio. Se la distanza in auto è la considerazione più importante, le batterie agli ioni di litio sono quelle da
scegliere.
L'autonomia di un veicolo elettrico può essere ulteriormente ampliata con una tecnologia nota come frenata rigenerativa , che utilizza l'energia cinetica dei freni dell'auto per ricaricare la batteria al volo. In condizioni di guida ottimali, la frenata rigenerativa può estendere l'autonomia dell'auto fino al 50 percento, sebbene nella maggior parte delle situazioni il guadagno dell'autonomia sia inferiore.
Ma cosa succede se vuoi fare un viaggio più lungo in un'auto elettrica e non essere a casa per una sessione di ricarica notturna? Ci sarà un posto dove puoi collegarlo? Pochissime stazioni di ricarica esistono attualmente, ma i produttori di auto elettriche stanno progettando di costruire stazioni di ricarica in modo che l'infrastruttura sarà pronta quando i clienti inizieranno a guidare veicoli elettrici. Tesla Motors, il produttore della Tesla Roadster completamente elettrica, ha stretto un accordo con una grande catena di hotel per avere stazioni di ricarica disponibili per i clienti che vogliono ricaricare le loro Roadster durante la notte. Uno dei vantaggi delle stazioni di ricarica è che potrebbero essere in grado di ricaricare le auto più rapidamente di quanto possa fare un sistema di ricarica domestico, anche se è improbabile che i veicoli entrino e usciranno con la stessa rapidità di una stazione di servizio. Sfortunatamente, potrebbe volerci un po' prima che siano disponibili sufficienti stazioni di ricarica per ricaricare i proprietari di veicoli elettrici durante i lunghi viaggi su strada. Nel prossimo futuro, i veicoli elettrici saranno più adatti per il pendolarismo al lavoro o a scuola e per i viaggi locali e gli acquisti. Se utilizzata in questo modo, l'auto verrà riposta al sicuro in garage ogni sera per un rifornimento elettrico.
Successivamente, scopri alcuni dei vantaggi - e sì, anche alcuni degli svantaggi - dell'uso del
tutto elettrico.
Il vantaggio più evidente delle batterie per auto elettriche è che non producono l'inquinamento associato ai motori a combustione interna. Tuttavia, hanno ancora costi ambientali. L'elettricità utilizzata per ricaricare le batterie dei veicoli elettrici deve provenire da qualche parte e, in questo momento, la maggior parte dell'elettricità è generata dalla combustione di combustibili fossili. Naturalmente, questo produce inquinamento. Ma come si confronta l'inquinamento prodotto dalla combustione di combustibili fossili per ricaricare le batterie delle auto elettriche con l'inquinamento prodotto dai motori a combustione interna? Secondo l'Electric Vehicle Association of Canada, o EVAC, anche i veicoli elettrici ricaricati da generatori elettrici a carbone riducono le emissioni di carbonio di circa la metà. I veicoli elettrici ricaricati da forme più pulite di generazione di energia elettrica, come centrali idroelettriche e nucleari, possono ridurre le emissioni di carbonio a meno dell'uno per cento di quelle attualmente prodotte dai motori a combustione interna. Quindi, anche nel peggiore dei casi, le auto alimentate con batterie per veicoli elettrici sono più pulite delle auto a gas.
Un altro importante vantaggio dei motori a batteria rispetto ai motori a gas è il minor costo del carburante, ovvero l'elettricità per i veicoli elettrici e il gas per i motori a combustione interna. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha calcolato che un tipico veicolo elettrico può funzionare per 43 miglia con un dollaro di elettricità. Solo un calo sostanziale del costo della benzina potrebbe offrire auto alimentate a gas a un costo per miglio così basso.
Un altro vantaggio di queste batterie ricaricabili è che si riciclano bene. Quasi il 100 percento di queste batterie può essere riciclato, il che evita che le vecchie batterie diventino un problema di smaltimento.
Il principale svantaggio delle auto a batteria, come accennato nell'ultima sezione, è il tempo necessario per ricaricare le batterie. Con la tecnologia della batteria agli ioni di litio, un veicolo elettrico completamente carico può percorrere una distanza paragonabile a un veicolo con motore a combustione interna con il pieno di benzina, ma alla fine di quel tempo deve comunque essere posizionato su un caricabatterie. Al momento, questo significa che un veicolo elettrico scarico sarà fuori servizio per diverse ore prima di essere completamente ricaricato. Naturalmente, questo è un grave svantaggio. In futuro potrebbe diventare disponibile una tecnologia di ricarica più veloce, ma nel breve termine le auto elettriche non saranno i veicoli preferiti per i lunghi viaggi. Anche così, la maggior parte della guida viene effettuata relativamente vicino a casa e per questo motivo, l'alimentazione della batteria servirà così come quella della benzina. Una possibile soluzione alla situazione di ricarica potrebbero essere le stazioni di sostituzione della batteria, dove invece di ricaricare il tuo veicolo elettrico puoi semplicemente sostituire la batteria scarica con una completamente carica. Questo sistema consentirebbe di ricaricare le batterie al di fuori dei veicoli e ridurrebbe notevolmente il tempo necessario per rimettere in funzione un veicolo elettrico dopo che la batteria è completamente scarica.
Un altro svantaggio delle batterie per auto elettriche è il loro peso. Poiché devono fare più delle tradizionali batterie per auto, le batterie per auto elettriche devono essere collegate tra loro in array, o pacchi batteria, per fornire energia aggiuntiva. Queste raccolte di batterie sono pesanti. La batteria agli ioni di litio di una Tesla Roadster pesa circa 453,6 kg. Questo è un sacco di peso da trasportare e può ridurre notevolmente l'autonomia dell'auto. Tuttavia, i progettisti della Roadster hanno compensato questo peso della batteria con un telaio leggero e pannelli della carrozzeria. L'intera macchina pesa solo 2.690 libbre (1.220,2 kg), non molto pesante se si considera che più di un terzo di quel peso è costituito dalla batteria.
Data l'importanza della batteria per un'auto elettrica, potresti chiederti cosa accadrà quando la batteria invecchierà. Quanto tempo sarà in grado di alimentare l'auto? E quando alla fine muore, può essere sostituita o è semplicemente più economico acquistare un'auto nuova? Continua a leggere per scoprirlo.
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Quanto durerà la batteria di un'auto elettrica? Si prevede che il pacco batteria agli ioni di litio della Tesla Roadster avrà una durata di circa 5 anni o 100.000 miglia. Al termine di tale periodo il pacco dovrà essere sostituito, al costo di circa $ 10.000. Certo, è costoso, ma la Roadster stessa costerà quasi $ 100.000, il che rende il costo del pacco batteria accessibile. Molti, forse la maggior parte, dei proprietari preferiranno senza dubbio sostituire la batteria piuttosto che acquistare una Roadster nuova di zecca.
Certo, i costi di manutenzione della batteria si aggiungeranno alle spese di funzionamento di qualsiasi EV. I pacchi batteria utilizzati nei veicoli elettrici saranno tenuti ben contenuti, quindi molto probabilmente dovrai portare il tuo veicolo elettrico al concessionario per far riparare la batteria. Un altro punto da considerare è che al momento si tratta di una tecnologia relativamente nuova. Man mano che i veicoli elettrici diventano più comuni sulle strade, alcuni dei prezzi elevati ad essi associati diminuiranno. Ma in questo momento, la batteria da $ 10.000 della Tesla Roadster è uno dei nostri unici punti di riferimento. Le batterie di altri veicoli elettrici costeranno di più? Costeranno meno? Il costo della sostituzione della batteria in alcuni veicoli elettrici supererà il costo del semplice acquisto di un nuovo veicolo? Solo il tempo lo dirà.
| 1966 Electrovair II (General Motors) | batterie argento-zinco |
| Elettrovetta del 1976 (General Motors) | batterie al piombo |
| Volvo 3CC del 2005 (Volvo) | batterie agli ioni di litio |
| Chevy Volt 2007 (General Motors) | batterie agli ioni di litio |
| Nissan Mixim 2007 (Nissan) | batterie agli ioni di litio |
| DC continentale 2008 (Bentley Motors) | batterie al piombo |
| Subaru Stella 2008 (Subaru) | batterie agli ioni di litio |
| Nissan Denki Cube 2008 (Nissan) | batterie agli ioni di litio |
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