Το ιστορικό της εξέλιξης της μπαταρίας Οι περισσότεροι ιστορικοί χρονολογούν την έναρξη της ανάπτυξης των μπαταριών στα τέλη του 18ου αιώνα. Ωστόσο, ο Wilhelm Konig ανακάλυψε το 1938 στο Ιράκ μικρό πήλινο δοχείο που περιείχε έναν χάλκινο κύλινδρο, στο εσωτερικό του οποίου ήταν τοποθετημένη μια σιδηρά ράβδος. Ο Konig συμπέρανε ότι επρόκειτο για μια αρχαία μπαταρία! Η εξέλιξη των μπαταριών και των συσκευών που αυτές τροφοδοτούν έχουν ακολουθήσει παράλληλους δρόμους. Αφ' ότου η εταιρεία Eveready παρουσίασε τις πρώτες μπαταρίες - μινιατούρες στα τέλη της δεκαετίας του '50, οι περισσότεροι άνθρωποι στον κόσμο σταμάτησαν να κουρδίζουν τα ρολόγια τους. Οι αλκαλικές μπαταρίες άνοιξαν τον δρόμο στα φορητά ραδιόφωνα και κασετόφωνα καθώς και σε ποικιλία άλλων φορητών μικροσυσκευών και παιχνιδιών που παράγουν ήχο και φως. Η εμφάνιση των μπαταριών λιθίου έδωσε ώθηση σε μια ολόκληρη σειρά συσκευών υψηλής τεχνολογίας, από ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές μέχρι συσκευές αναπαραγωγής MP3 και φορητούς υπολογιστές. Ως σημαντικά βήματα στην εξέλιξη ης μπαταρίας αναφέρονται τα ακόλουθα: 1798Ο Ιταλός Φυσικός, Κόμης Alessandro Volta, κατασκεύασε την πρώτη του "βολταϊκή στήλη". Αυτή η πρώτη μπαταρία αποτελείτο από μια συστοιχία εναλασσομένων δίσκων χαλκού και ψευδαργύρου, μεταξύ των οποίων υπήρχαν διαχωριστικοί δίσκοι από απορροφητικό υλικό που είχαν εμποτισθεί με διάλυμα άλατος ή οξέος.1836Ο John F. Daniell, ένας Άγγλος χημικός, βελτίωσε την αποδοτικότητα του σχεδιασμού του Volta αναπτύσσοντας έναν τρόπο να αποφευχθούν τα προβλήματα διάβρωσης των μπαταριών του Volta.1868Ο Γάλλος χημικός Georges Leclanche σχεδίασε ένα "υγρό" στοιχείο, τον προάγγελο του "ξηρού" στοιχείου ή της μπαταρίας φακών.1888Ο Γερμανός επιστήμονας Δρ. Carl Gassner εφηύρε το "ξηρό" στοιχείο που μοιάζει πολύ με τις σημερινές μπαταρίες άνθρακα-ψευδαργύρου.1896Η μπαταρία Columbia ξηρού στοιχείου που κατασκευάστηκε από την National Carbon Company, έγινε η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη μπαταρία στις Η.Π.Α. Η National Carbon Company αργότερα μετονομάσθηκε σε Eveready Battery Company, η οποία σήμερα είναι γνωστή ως Energizer.1898Ο Conrad Hubert, ιδρυτής της εταιρείας Eveready Battery Company, εφηύρε τον ηλεκτρικό πυρσό χειρός, ή φακό, δηλ. μια μπαταρία ξηρού στοιχείου, με μια λυχνία και έναν χάλκινο ανακλαστήρας μέσα σε σωλήνα από σκληρό χαρτόνι. Η εταιρεία Eveready παρουσίασε την μπαταρία μεγέθους D για τον πρώτο φακό χειρός.1955Η Eveready παρουσίασε τις πρώτες μικρές μπαταρίες για ακουστικά βαρηκοΐας.1956Η Eveready παρήγε την πρώτη μπαταρία 9 V, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως στους σημερινούς ανιχνευτές καπνού.1957Η Eveready παρουσίασε την πρώτη εμπορική μπαταρία για ρολόγια.1 / 151958Η Eveready παρουσίασε το σύστημα επαναφορτιζόμενων μπαταριών Eveready® Nickel Cadmium (NiCd).1959Η Eveready ανέπτυξε τις πρώτες εμπορικά βιώσιμες κυλινδρικές αλκαλικές μπαταρίες, φέρνοντας την επανάσταση στη φορητή ενέργεια. Στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Ινστιτούτου Smithsonian, εκτίθεται το πρωτότυπο αλκαλικό στοιχείο, το οποίο κατασκεύασε με το χέρι ο μηχανικός της Energizer, Lew Urry.1960Η Eveready παρήγαγε τις πρώτες μικρές μπαταρίες οξειδίου του αργύρου για χρήση σε ακουστικά βαρηκοΐας και ρολόγια.1989Η Energizer οδήγησε τη βιομηχανία σε περιβαλλοντικές πρωτοβουλίες για την εξάλειψη του υδραργύρου από τις μπαταρίες. Η εταιρεία Energizer παρουσίασε την πρώτη εμπορικά διαθέσιμη αλκαλική μπαταρία AAAA.1991Η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη μπαταρία, χωρίς υδράργυρο, για ακουστικά βαρηκοΐας στον κόσμο.1992Η Energizer παρουσίασε την πρώτη μπαταρία λιθίου AA στον κόσμο. Η μπαταρία Energizer® e²® Lithium® είναι η μπαταρία με τη μεγαλύτερη διάρκεια στον κόσμο για συσκευές υψηλής τεχνολογίας.1995Η Energizer παρουσίασε τις πρώτες μπαταρίες με ενσωματωμένο δοκιμαστής.1997Η Energizer παρουσίασε τις πρώτες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες NiMH υψηλής ενέργειας.2000Η Energizer παρουσίασε την Energizer® e²® Titanium Technology® με τεχνολογία τιτανίου, εξαιρετική ισχύ και αξιοπιστία.2001Η Energizer παρουσίασε το Energizer® EZ Change®, έναν νέο διανεμητή για μπαταρίες ακουστικών βαρηκοΐας.2003Η Energizer® παρουσίασε την πρώτη μπαταρία λιθίου AAA - την Energizer® e2® Lithium®.2010Η Energizer® παρουσιάζει πολλά νέα και βελτιωμένα προϊόντα μπαταριών και φωτισμού, περιλαμβανομένου του Επαγωγικού φορτιστή και Qi Energizer®.ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΞΗΡΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ Μια μπαταρία είναι στην ουσία μια μικροσκοπική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω χημικής αντίδρασης. Οι μπαταρίες ξηρού στοιχείου, κοινές και αλκαλικές, διαφέρουν ποικιλοτρόπως από κατασκευαστή σε κατασκευαστή, αλλά όλες αποτελούνται από τα ίδια βασικά μέρη.2 / 15Δοχείο: Το χαλύβδινο περίβλημα που περικλείει τα ηλεκτρόδια.Κάθοδος: Ηλεκτρόδιο κατασκευασμένο από διοξείδιο μαγγανίου και άνθρακα το οποίο ανάγεται κατά την ηλεκτροχημική αντίδραση.Διαχωριστικό: Μη υφασμένο ινώδες υλικό που παρεμβάλλεται μεταξύ των ηλεκτροδίων.Άνοδος: Ηλεκτρόδιο από σκόνη ψευδαργύρου. Σε αντίθεση με την κάθοδο, η οποία ανάγεται, η άνοδος οξειδώνεται κατά την ηλεκτροχημική αντίδραση.Ηλεκτρόδια: Εκεί λαμβάνει χώρα η ηλεκτροχημική αντίδραση.3 / 15Ηλεκτρολύτης: Διάλυμα υδροξειδίου του καλίου σε νερό, το οποίο χρησιμεύει ως μέσο για τη μεταφορά των ιόντων εντός του στοιχείου. Είναι επίσης ο αγωγός του ιοντικού ρεύματος εντός της μπαταρίας.Συλλέκτης: Ακίδα από ορείχαλκο που βρίσκεται στο μέσον του στοιχείου και μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.ΕΠΑΝΑΦΟΡΤΙΖΟΜΕΝΕΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣΗ πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία κατασκευάστηκε από τον Gaston Plante το 1859 στο Παρίσι και αποτελούνταν από μία σειρά γυάλινων δοχείων που περιείχαν θειικό οξύ και πλάκες μολύβδου. Ζύγιζε 35 κιλά, είχε όγκο μερικών κυβικών μέτρων και παρείχε τάση 4,5V. Αρκετά βαριά ... υγρή και επικίνδυνη για να είναι φορητή! Το 1900, οπότε ο Thomas Edison κατασκεύασε την πρώτη μπαταρία ξηρού τύπου και ... το νερό μπήκε στ' αυλάκι. Σήμερα, έναν αιώνα μετά, οι μπαταρίες ζυγίζουν ελάχιστα γραμμάρια και έχουν πάχος λίγων χιλιοστών.Αρχή λειτουργίας Παρά τις διαφορές τους, όλες οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες έχουν κοινή αρχή λειτουργίας. Δύο υλικά, το ένα με πλεόνασμα ηλεκτρονίων και το άλλο με έλλειμμα, βρίσκονται μέσα σε διάλυμα ηλεκτρολύτη, το οποίο λειτουργεί ως αγωγός των ηλεκτρονίων, τα οποία κινούνται από το πλεόνασμα προς το έλλειμμα, με σκοπό να αποκατασταθεί η ισορροπία. Μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία, η ροή ηλεκτρονίων παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Μόλις τα ηλεκτρόνια "κατανεμηθούν" και στα δύο υλικά, η μπαταρία αδειάζει.4 / 15Η φόρτιση γίνεται με τον αντίθετο τρόπο. Η μπαταρία συνδέεται με μια εξωτερική ηλεκτρική πηγή, με ίδια τάση αλλά με αντίθετη φορά, ώστε το ρεύμα της να "εξαναγκάσει" τα ηλεκτρόνια, που "μετακόμισαν" από το ένα υλικό στο άλλο, να επανέλθουν στην αρχική τους θέση. Όταν επιστρέψουν όλα, η μπαταρία έχει, πλέον, γεμίσει.Υπάρχοντες τύποι Τρεις είναι οι βασικοί τύποι που χρησιμοποιούνται σήμερα στις φορητές μικροσυσκευές (κινητά τηλέφωνα, MP3 players, κάμερες, tablets κλπ). Πρόκειται, κατά ιστορική σειρά εμφάνισης, για τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου (Ni-Cd), νικελίου-μεταλλικού υδριδίου (ΝίΜΗ) και λιθίου-θειικού σιδήρου Li-Ion (γνωστές ως "ιόντων λιθίου"), ενώ κυκλοφορεί στην αγορά και μια παραλλαγή του τύπου ιόντων λιθίου, με την ονομασία λιθίου-πολυμερούς (Li-ΡοΙ). Υπάρχουν και κάποιες άλλες συνθέσεις υλικών που δοκιμάζονται στα εργαστήρια και βρίσκονται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Πρόκειται για τις μπαταρίες ψευδαργύρουχλωρίου και νατρίου-θείου. Η έρευνα των εταιρειών παραγωγής μπαταριών εστιάζεται στην μείωση του βάρους και όγκου τους, την αύξηση της αυτονομίας και της αντοχής σε αυξημένη ζήτηση φορτίου και εξάλειψη του "φαινομένου μνήμης".Το "φαινόμενο μνήμης" Πρόκειται για μια παρενέργεια που εμφανίζεται στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, όταν φορτίζονται διακεκομμένα και χωρίς να έχουν αποφορτιστεί εντελώς. Το πρόβλημα εντοπίζεται στα υλικά, από τα οποία αποτελείται η μπαταρία, τα οποία, αν παραμείνουν ανενεργά για κάποιο χρονικό διάστημα, κρυσταλλοποιούνται, δεσμεύοντας μόνιμα στη δομή τους τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία δεν μπορούν πλέον να μετακινηθούν από την κάθοδο στην άνοδο. Όταν λοιπόν μια μπαταρία, για μεγάλα χρονικά διαστήματα, δεν αποφορτίζεται εντελώς, τότε τα ηλεκτρόνια, που δεν έχουν κινηθεί, ενσωματώνονται και δημιουργούν οξείδια, τα οποία καθιστούν τις πλάκες ανενεργές. Το πρόβλημα ονομάστηκε "φαινόμενο μνήμης"», για να υπενθυμίζει στους χρήστες ότι η μπαταρία "θυμάται" την κακή της χρήση και εκδικείται. Το σύμπτωμα που παρουσιάζεται στα κινητά και τα tablets λόγω προβλήματος "μνήμης" στην μπαταρία, είναι ότι ενώ η μπαταρία δείχνει πλήρης στο μετρητή, η συσκευή σβήνει ξαφνικά και απροειδοποίητα, ενώ, όταν γίνει επανεκκίνηση, μπαταρία δείχνει πάλι γεμάτη. Σήμερα, όμως, το πρόβλημα έχει ελαχιστοποιηθεί στις μπαταρίες νέου τύπου Νί-ΜΗ, ενώ δεν εμφανίζεται καθόλου στις μπαταρίες Li-Ion και Li-ΡοΙ, επειδή τα υλικά τους δεν οξειδώνονται.Η διάρκεια ζωής της επαναφορτιζόμενης μπαταρίας Η μέση διάρκεια ζωής της μπαταρίας μετράται σε κύκλους φόρτισης- επαναφόρτισης. Η θεωρητική διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας Ni-Cd είναι 250-300 κύκλοι φορτίσεωναποφορτίσεων. Για τις μπαταρίες Li-Ion κυμαίνεται μεταξύ 300-400 κύκλων, ενώ τα στοιχεία για τις Li-Pol αναφέρουν 400-450 κύκλους. Αυτό σημαίνει ότι αν ένα κινητό φορτίζεται κατά μέσο όρο ανά δύο ημέρες, η μπαταρία του θα κρατήσει δύο με τρία χρόνια (το πολύ). Σημειώνεται ότι η απόδοση της μπαταρίας θα μειώνεται θεαματικά όταν χρόνος ζωής της θα πλησιάζει στο τέλος του.5 / 15Η επίδοση των μπαταριών Εκφράζεται ως ο λόγος του βάρους της μπαταρίας (σε γραμμάρια), ως προς την χωρητικότητά της σε μιλιαμπερώρια (mAh) 'Οσο μικρότερος είναι ο λόγος αυτός, τόσο το καλύτερο αφού κάθε γραμμάριο βάρους η μπαταρία προσφέρει συγκριτικά μεγαλύτερη αυτονομία. Για παράδειγμα, μια μπαταρία κινητού έχει βάρος 70 γραμμάρια και χωρητικότητα 650 mAh, ενώ μία άλλη 40 γραμμάρια και 500 mAh. Ο ως άνω λόγος προκύπτει 0,10 και 0,08, αντίστοιχα, και είναι προφανές ότι η δεύτερη μπαταρία αποδίδει περισσότερη διάρκεια ανά γραμμάριο βάρους.Η μπαταρία ζεσταίνεται όταν φορτίζει... Είναι απόλυτα φυσιολογικό να ζεσταίνεται, αφού υπάρχει ροή ενέργειας στο εσωτερικό της. Η θερμοκρασία της μπαταρίας μπορεί να αυξηθεί μέχρι και 8-10 ° από την ώρα C, που ξεκίνησε η φόρτιση μέχρι να ολοκληρωθεί πλήρως. Οι σύγχρονες μπαταρίες διαθέτουν κύκλωμα προστασίας από υπερθέρμανση, που δεν επιτρέπει να δημιουργηθεί κανένα πρόβλημα, αν βέβαια ο φορτιστής είναι καλής ποιότητας. Ο χρόνος φόρτισης της συσκευής, που αναγράφεται στο φυλλάδιο του κατασκευαστή, αντιστοιχεί συνήθως στο 90% της χωρητικότητας της μπαταρίας. Για το 100% πρέπει συνήθως η συσκευή να παραμείνει συνδεδεμένη με τον φορτιστή για μια ώρα επιπλέον.Η πρώτη φόρτιση της μπαταρίας Η πρώτη φόρτιση διαδραματίζει σπουδαιότατο ρόλο για την περαιτέρω συμπεριφορά της μπαταρίας και γι' αυτό πρέπει να γίνεται σωστά και χωρίς υπερβολές. Για τις σημερινές μπαταρίες ισχύουν οι εξής κανόνες: α)Η πρώτη φόρτιση θα πρέπει να γίνεται με την συσκευή κλειστή, ώστε να μην καταναλώνεται ρεύμα από την μπαταρία και σημειωθούν διακυμάνσεις στο ρεύμα της κατά τη διάρκεια της φόρτισης.β)Όσο η μπαταρία φορτίζει, δε θα πρέπει να γίνονται διακοπές σε καμία περίπτωση.γ)Ο χρόνος θα πρέπει να είναι διπλάσιος από το χρόνο που συνιστά ο κατασκευαστής για τις υπόλοιπες φορτίσεις.δ)Δε θα πρέπει η φόρτιση να υπερβεί τις 20 ώρες για να μη δημιουργηθεί υπερθέρμανση.Διαχείριση παλιών/αχρήστων μπαταριών Οι παλιές/άχρηστες μπαταρίες πρέπει να καταλήγουν σε ειδικό χώρο ανακύκλωσης. Εδώ και καιρό υπάρχουν ειδικά κουτιά σε απόρριψης μπαταριών σε πολλά καταστήματα και Τράπεζες.6 / 15ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ - ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗ Η μπαταρία ενός κινητού τηλεφώνου ζυγίζει μερικές δεκάδες γραμμάρια και ενός laptop μερικές εκατοντάδες, ενώ οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων (li-ion) χρησιμοποιούνται ευρέως στην αγορά εδώ και μια δεκαετία … Που βρίσκεται όμως η τεχνολογία των μπαταριών μεγάλης ισχύος/χωρητικότητας που απαιτούνται για τα ηλεκτροκίνητα οχήματα (EV);Οι μπαταρίες των ηλεκτροκίνητων οχημάτων που ζυγίζουν σήμερα εκατοντάδες κιλά (π.χ. του Nissan Leaf και του Chevrolet Volt πλησιάζουν τα 300 και 200 kg αντίστοιχα) και ο βαθμός εκμετάλλευσής τους σε ξεπερνά το 65%, ενώ τα υβριδικά αυτοκίνητα, όπως το Audi Q5 Hybrid χρησιμοποιούν μικρότερες μπαταρίες.7 / 15Για να καταστούν τα ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα, αξιόπιστα, εύχρηστα, αποδοτικά και τέλος ανταγωνιστικά έναντι των κινουμένων με συμβατικά καύσιμα, απαιτούνται σημαντικές τεχνολογικές βελτιώσεις που αφορούν την χωρητικότητα, το βάρος, τον χρόνο επαναφόρτισης, αλλά και το κόστος των μπαταριών. Οι μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες διεξάγουν σήμερα συστηματική έρευνα στους τομείς αυτούς και τα ηλεκτροκίνητα και τα υβριδικά οχήματα αρχίζουν να κατακτούν έδαφοςΠοια είναι τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά τους; Κατά βάση η μπαταρία είναι ένα ρεζερβουάρ ενέργειας που βασίζεται στην δημιουργία διαφοράς δυναμικού (τάσης) ανάμεσα σε δύο διαφορετικά στοιχεία (ηλεκτρόδια) όταν αυτά βρίσκονται σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη. Μία μπαταρία αποτελείται από ένα ή περισσότερα ηλεκτροχημικά στοιχεία που μετατρέπουν την χημική σε ηλεκτρική ενέργεια.Μια συστοιχία συσσωρευτών που προορίζεται για ένα EV θα πρέπει να έχει υψηλή πυκνότητα ενέργειας, μεγάλο κύκλο ζωής, απουσία φαινομένων "μνήμης" (επίδρασης των προηγούμενων φορτίσεων/εκφορτίσεων στην απόδοσή της), γρήγορη φόρτιση, υψηλό βαθμό απόδοσης, μεγάλη αξιοπιστία, χαμηλό κόστος, υψηλή απόδοση φόρτισης/ εκφόρτισης, μεγάλο εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας, πολύ χαμηλό ρυθμό αυτoεκφόρτισης, χαμηλή εσωτερική αντίσταση, δυνατότητα ανακύκλωσης κ.α.8 / 15ΚαύσιµοΕνεργειακή πυκνότητα κατά βάρος (kWh/kg)Ενεργειακή πυκνότητα κατ' όγκο (kWh/lt)Ποια είναι τα κύρια μεγέθη τους; Πυκνότητα ισχύος (W/kg): η ροή της ισχύος ανά μονάδα μάζας ή βάρους της μπαταρίας. Υποδηλώνει και την μέγιστη ισχύ που μπορεί να προσφέρει ένας συσσωρευτής και από συτήν εξαρτώνται οι επιδόσεις ενός οχήματος (επιτάχυνση, τελική ταχύτητα). Ενεργειακή πυκνότητα κατά βάρος (Wh/kg): η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί ανά μονάδα μάζας (ή βάρους της μπαταρίας). Είναι μια από τις σημαντικότερες παραμέτρους για κάθε μέσο μεταφοράς. Για παράδειγμα το Nissan Leaf εξοπλίζεται με μπαταρίες λιθίου-ιόντων βάρους 200 kg. Οπότε, από τον παραπάνω πίνακα προκύπτει ότι η ενέργεια που μπορεί να αποθηκευτεί (θεωρητικά), ανέρχεται σε: 0,20 kWh/kg x 200 kg = 40 kWh Αντίστοιχα, 200 kg βενζίνης, με ειδική ενέργεια 13,11 kWh/kg, εμπεριέχουν (θεωρητικά) ενέργεια ίση προς 2.622 kWh, περίπου 65 φορές περισσότερη! Κάπως έτσι εξηγείται και η μικρότερη αυτονομία των EV. Ενεργειακή πυκνότητα κατ' όγκο (Wh/m3): το φορτίο που μπορεί να αποθηκεύσει μια μπαταρία ανά μονάδα του όγκου της. Ισχύει για συγκεκριμένη περίοδο φόρτισης/ εκφόρτισης και καθορίζει το μέγεθός της (όσο μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα τόσο μικρότερος ο όγκος της μπαταρίας). Ποσότητα ενέργειας: όπως και στα κινητά τηλέφωνα μετράται σε αμπερώρια (Ah). Μια μπαταρία των 10 Ah μπορεί να παρέχει 1 A (συνεχούς ρεύματος, DC) επί 10 h ή 5 A επί 2 h κ.ο.κ.. kW και kWh στα ΒEV (Battery Electric Vehicles): Η ισχύς μετράται σε kW, όπως και στα συμβατικά αυτοκίνητα. Από την χωρητικότητα των συσσωρευτών σε kWh εξαρτάται η απόσταση που μπορεί να διανύσει ένα ΒEV χωρίς επαναφόρτιση. Ένα μέσο BEV μπορεί να διανύσει 6-8 km ανά kWh (π.χ. το Leaf διαθέτει συσσωρευτές χωρητικότητας 24 kWh και έχει αυτονομία 160 km).9 / 15Βαθμός απόδοσης: η μετατροπή ενέργειας από ηλεκτρική σε χημική γίνεται με απόδοση της τάξης του 80%. Η απόδοση της μετατροπής της χημικής ενέργειας του πετρελαίου σε μηχανική δεν ξεπερνά το 20%.Πόσοι τύποι μπαταριών υπάρχουν; Μολύβδου-οξέος (PbO2): πρόκειται για τον κλασικό τύπο συσσωρευτών που βρήκε ευρεία χρήση μέχρι και τις αρχές της δεκαετίας του 1990. Αξιόπιστες και φτηνέ, αλλά με μεγάλο βάρος, μικρή ενεργειακή πυκνότητα και μικρό κύκλο ζωής.Νικελίου-καδμίου (Ni-Cd): έχουν καλή ενεργειακή πυκνότητα, είναι ταχείας φόρτισης και εμφανίζουν θερμοκρασιακή σταθερότητα. Ωστόσο, παρουσιάζουν πρόβλημα "μνήμης" μετά από καιρό, ενώ το κάδμιο επιβαρύνει το περιβάλλον όταν πλέον η μπαταρία είναι άχρηστη.10 / 15Νικελίου-υδριδίου μετάλλου (Ni-MH): έχουν μεγάλη ενεργειακή πυκνότητα, σχετικά μεγάλη διάρκεια ζωής και μικρότερο κόστος από τις μπαταρίες λιθίου. Λόγω της αξιοπιστίας και της αντοχής τους, οι μπαταρίες Ni-MH έχουν επιλεχθεί για τα υβριδικά Toyota και Honda. Εξειδικευμένη στον τύπο αυτό των μπαταριών είναι η εταιρεία Panasonic EV Energy. Νατρίου-χλωριούχου νικελίου (Na-NiCl2): ανήκουν στην κατηγορία των συσσωρευτών τηγμένων αλάτων και κύριο χαρακτηριστικό τους είναι οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας. Αποκαλούνται και μπαταρίες Zebra. Εμφανίστηκαν κατά τον B' Παγκόσμιο Πόλεμο και χρησιμοποιήθηκαν στους πυραύλους V2. Η χρήση τους έχει περιορισθεί μετά την εμφάνιση των μπαταριών λιθίου. Νατρίου-θείου (Na-S): Τα πολλά και θετικά πλεονεκτήματά τους εξανεμίζονται από την υψηλή θερμοκρασία λειτουργίας που μπορεί να φτάσει και τους 350 ° Παρόλο που C. χρησιμοποιήθηκαν σε αρκετά πρωτότυπα αυτοκίνητα την δεκαετία του 1990 (BMW E-1, Fiat Downtown, Mercedes-Benz A Class), η χρήση τους έχει περιορισθεί σε στατικές εφαρμογές. Λιθίου ιόντων (Li-ion): Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ιόντων (που χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά στα κινητά τηλέφωνα, στους φορητούς υπολογιστές κ.α.), υιοθετούνται από όλο και περισσότερους κατασκευαστές BEV χάρη στην υψηλή ενεργειακή τους πυκνότητα. Τα προβλήματα υπερθέρμανσης που παρουσιάζουν στις έντονες αυξομειώσεις τάσεως έχουν περιορισθεί με διάφορές μεθόδους. Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές τους με προσθήκες στοιχείων όπως κοβάλτιο, μαγγάνιο, νικέλιο κ.α. για την βελτίωση των χαρακτηριστικών. Ο συνηθέστερος τύπος με τα πολυμερή σταδιακά εγκαταλείπεται και υιοθετούνται οι λιθίου-ιόντων με φωσφορούχο σίδηρο που βελτιώνει σημαντικά τον κύκλο ζωής.Ποιος είναι ο επικρατέστερος τύπος; Λόγω της ενεργειακής πυκνότητας, της καλής μνήμης, του κύκλου ζωής και άλλων πλεονεκτημάτων, οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων χωρούν περισσότερη ενέργεια με τον ίδιο όγκο (π.χ. σε σύγκριση με τις τύπου NiMH). Για αυτό το λόγο είναι η πρώτη επιλογή στον τομέα των ηλεκτρονικών αλλά και των EV. Στα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνεται το υψηλό κόστος, η πτώση της απόδοσης στις υψηλές θερμοκρασίες (για αυτό δροσίζονται) και η υπερθέρμανση στις απότομες αλλαγές τάσης. Επίσης, η υπερφόρτιση και η υπερεκφόρτιση μειώνει την διάρκεια ζωής τους. Εναλλακτικά υπάρχουν και άλλοι συνδυασμοί μπαταριών λιθίου (πολυμερών, φωσφορικού σιδήρου, οξειδίου μαγνησίου κ.α.) δίχως όμως να υπερτερούν σε απόδοση έναντι των λιθίου-ιόντων.Τι είναι το λίθιο και που βρίσκεται; Το λίθιο (λατινικά: lithium, από την ελληνική λέξη 'λίθος') είναι το χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο Li. Το χημικά καθαρό λίθιο υπό κανονικές συνθήκες, είναι μαλακό στερεό αργυρόλευκο μέταλλο με κανονική θερμοκρασία τήξης 180,50 ° και θερμοκρασία C βρασμού 1330 ° C. Ανήκει στα αλκαλιμέταλλα, δηλαδή στην ομάδα 1 του περιοδικού συστήματος. Είναι, ακόμη, το ελαφρύτερο μέταλλο, αλλά και το ελαφρύτερο στερεό χημικό στοιχείο γενικότερα. Όπως και τα υπόλοιπα αλκαλιμέταλλα, το λίθιο είναι πολύ δραστικό και εύφλεκτο. Για το λόγο αυτό, τυπικά φυλάσσεται κάτω από στρώμα πετρελαίου. Ακριβώς εξαιτίας της μεγάλης χημικής δραστικότητάς του, το λίθιο δεν έχει βρεθεί στη φύση στη στοιχειακή του κατάσταση, παρά μόνο με τη μορφή ενώσεών του, συνήθως ιονικών.11 / 15Το μεγαλύτερο κοίτασμα λιθίου στον κόσμο βρίσκεται στην περιοχή της αλμυρής λίμνης Salar Uyuni στην Βολιβία. Σημαντικά κοιτάσματα λιθίου βρίσκονται επίσης στην Χιλή, την Αργεντινή και την Κίνα. Παραγωγή λιθίου από ορυχεία και αποθέματα σε τόνους (2011) ΧώραΠαραγωγήΑποθέματαΑργεντινή3.200850.000Αυστραλία9.260970.000Βραζιλία16064.000Καναδάς (2010)480180.000Χιλή12.6007.500.000Κίνα5.2003.500.000Πορτογαλία82010.000Ζιμπάμπουε47023,00034.00013.000.000Παγκόσμιο σύνολοΗ αρχή λειτουργίας του συσσωρευτή ιόντων λιθίουΜετά το λίθιο τι έπεται; Ένας πολλά υποσχόμενος τύπος μπαταριών είναι οι τύπου ψευδαργύρου-αέρα (Zinc-air) ενώ υπάρχουν πολλές παραλλαγές με κύριο στοιχείο τον ψευδάργυρο που είναι πιο κοινό, συνηθισμένο και φτηνότερο υλικό από το λίθιο. Βασικό χαρακτηριστικό των μπαταριών Metal-air είναι το ότι για την μετακίνηση των ηλεκτρονίων δεν απαιτείται διάλυμα ή ηλεκτρολύτες. Μοιάζουν κατά κάποιον τρόπο με τις ενεργειακές κυψέλες: ο αέρας περνά από διάφορα στρώματα οξειδώνοντας τον ψευδάργυρο, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ηλεκτρονίων και την δημιουργία ηλεκτρικού φορτίου.12 / 15Έχουν πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από τις li-ion, κοστίζουν λιγότερο και είναι πιο σταθερές στις μεταβολές φορτίου. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι μια συστοιχία μπαταριών μετάλου-αέρα (metal-air), βάρους 100 kg, μπορεί θεωρητικά να προσφέρει αυτονομία της τάξης των 700 km σε ένα μέσο EV! Το βασικό πρόβλημα που εμποδίζει την διάδοσή τους στα EV είναι ο μικρός κύκλος ζωής τους (έως 500 επαναφορτίσεις) ενώ ο χρόνος φόρτισης/εκφόρτισης είναι παρόμοιος με αυτόν των μπαταριών li-ion. Πρωτοπόρος στην τεχνολογία επαφορτιζομένων συσσωρευτών ψευδαργύρου - αέρα είναι η εταιρεία Fluidic Energy, η οποία έχει ήδη κατασκευάσει πιλοτικές εγκαταστάσεις ισχύος και έχει κατεβάσει το κόστος αποθήκευσης ενεργείας στα 100 $ / kWh (προμήθεια συσσωρευτών, συντήρηση και λειτουργικές δαπάνες). Σημειώνεται οι συμβατικές μπαταρίες μολύβδου 12V / 65 Ah, οι οποίες κοστίζουν περί τα 100 $ (90 €) μπορούν να αποθηκεύσουνι ενέργεια 12 x 65 = 780 VAh = 0,78 kWh, πλην όμως το βάρος και ο όγκος τους τις καθιστούν απαγορευτικές για τα BEV.13 / 15Εξελίξεις στον τομέα της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας Αναμφισβήτητα οι μπαταρίες θα κρίνουν την διεισδυτικότητα των ηλεκτρικών οχημάτων στην αγορά. Όσο γίνονται ελαφρύτερες και με μεγαλύτερη αυτονομία, τόσο τα ηλεκτρικά οχήματα θα αγαπηθούν από το κοινό. Στο πλαίσιο ερευνητικού προγράμματος υπό την αιγίδα του Imperial College of London, με χρηματοδότηση την Σουηδική αυτοκινητοβιομηχανία Volvo και την Ευρωπαϊκή ένωση, στο οποίο συμμετέχουν ειδικοί από την Volvo και εννέα άλλες εταιρίες και φορείς από πέντε διαφορετικές Ευρωπαϊκές χώρες έγιναν σημαντικά βήματα στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών αποθήκευσης ηλεκτρικής ενεργείας στα αυτοκίνητα. Θα πρέπει να αναφερθεί, ότι στο ερευνητικό πρόγραμμα, που βρίσκεται ήδη στον τέταρτο χρόνο του, συμμετέχει και η Ελληνική εταιρία Inasco Hellas. Στα εργαστήρια ερευνών της Volvo έχει εξελιχθεί ένας πρωτοποριακός τύπος συσσωρευτή, που υπόσχεται να δώσει τη λύση στο πρόβλημα αποθήκευσης ενέργειας για τα ηλεκτροκίνητα και υβριδικά αυτοκίνητα του όχι και τόσο μακρινού μέλλοντος. Κατά βάση πρόκειται για ένα εντελώς νέο δομικό υλικό αμαξωμάτων που βασίζεται στη χρήση ανθρακονημάτων, συσσωρευτών νανοτεχνολογίας και υπερ-πυκνωτών (πυκνωτές πολύ υψηλής χωρητικότητας).Πρόκειται για ένα εύπλαστο νέο υλικό που διαθέτει τόσο την απαιτούμενη ακαμψία, όσο και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός συσσωρευτή και, ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές από τις εξωτερικές επιφάνειες του αυτοκινήτου, υποκαθιστώντας τα υλικά που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται. Στο μέλλον, με την αντικατάσταση πλαστικών ή μεταλλικών στοιχείων του αυτοκινήτου με το νέο αυτό υλικό θα παρέχεται η δυνατότητα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για την κίνηση του αυτοκινήτου, χωρίς το σημαντικό πρόσθετο βάρος που συνεπάγεται σήμερα η ενσωμάτωση των μπαταριών! Ο νέος τύπος συσσωρευτή έχει την μορφή λεπτού φύλλου τύπου σάντουιτς, με εξωτερικές προστατευτικές στρώσεις από ανθρακονήματα και πολυμερή ρητίνη και πυρήνα από δομή υπερ-πυκνωτών βασιζόμενη στην νανοτεχνολογία. Τα φύλλα αυτά μπορούν να μορφοποιηθούν στο σχήμα των διαφόρων στοιχείων του αμαξώαματος (πόρτες, καπώ, φτερά, οροφή κλπ) και στην συνέχεια με κατάλληλο "ψήσιμο" αποκτούν και την αναγκαία ακαμψία.14 / 15Τα πάνελς αυτά λειτουργούν ως συσσωρευτές, με χαρακτηριστικά πλήρους φόρτισης και εκφόρτισης, παρέχοντας την αναγκαία για την κίνηση ηλεκτρική ενέργεια. Μάλιστα, σχετικές έρευνες έχουν δείξει ότι όχι μόνο φορτίζονται ταχύτερα, εκμεταλλευόμενες στο έπακρο τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των υπερ-πυκνωτών, αλλά έχουν και πολύ καλή δομική συμπεριφορά! Η νέα τεχνολογία συσσωρευτών δοκιμάζεται ήδη με επιτυχία σε μοντέλα δοκιμών της Volvo. Με την τοποθέτησή τους σε δύο μόνον επιφάνειες, στο πορτ μπαγκάζ και τον χώρο του κινητήρα, αφ' ενός εξασφαλίσθηκε η ενέργεια που παρέχει ένας συμβατικός συσσωρευτής και αφ ετέρου μειώθηκε το βάρος των στοιχείων κατά 50%! Οι ειδικοί της Volvo εκτιμούν ότι με την εκτενέστερη εφαρμογή της νέας αυτής τεχνολογίας, μπορεί να επιτευχθεί, πέραν των κατά πολύ αυξημένων δυνατοτήτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, και μείωση του συνολικού βάρους του αυτοκινήτου κατά 15%. Ήδη τα πρώτα αποτελέσματα των δοκιμών αφήνουν μεγάλα περιθώρια αισιοδοξίας για την ηλεκτροκίνηση των αυτοκινήτων.Επιμέλεια: Π. Αναγνωστόπουλος15 / 15