האם תאי סוללה הם רק מבשר לתאי דלק מימן? הדור הבא האמיתי של EV's?

נראה שהאימוץ של כלי רכב חשמליים עם סוללות (BEV) בצפון אמריקה פגע בבעיה. עם ערכי מכירה חוזרים גרועים, עלויות תיקון יקרותותשתית בפיגור, המכירות הואטו – באופן ניכר. היו אפילו ביטולי החלטות של חברות השכרה גדולות כמו הרץ שהחליטו לעשות זאת להוריד חלק עצום של רכבי EV בצי שלו, חוזרים למקביליהם למנוע הבעירה הפנימית (ICE).

למרות שזה יכול להיות המקרה, זה יהיה מטורף לחשוב שהמעבר הרחק ממשהו כל כך בכל מקום כמו ה-ICE יתרחש בצורה חלקה. תמיד היו תקלות, ותמיד היו שאלות תקפות שיוצגו לאורך הדרך סביב היתרונות של רכבי EV.

השורה התחתונה היא שהמעבר לעבר רכבים חשמליים אינו רק רצון של מעטים; זה צורך של רבים במאבק בשינויי האקלים. עם זאת, אם הדור הנוכחי של כלי רכב חשמליים לא עומד במשימה, אילו אפשרויות נוספות יש לנו? עבור רבים, התשובה היא תשובה שנדונה כבר שנים רבות ורואה לאחרונה התקדמות קריטית - רכבי מימן חשמליים (HEV).

שיפור העמידות של תאי דלק מימן

בחודש האחרון ללמוד, צוות מחקר משותף המורכב ממדענים מהאוניברסיטאות הלאומיות של הרווארד ואינצ'און פירט גישה חדשה לבניית תאי דלק מימן שתביא לשיפור עמידות ותוחלת חיים.

ליתר דיוק, המחקר ראה התפתחות של א "קטגוריה של ממברנות אלקטרוליטים עמידות לעייפות, המורכבת מרשת חודרת זו לזו של Nafion ו-Perfluoropolyether (PFPE)." בעת שימוש, צוין כי עייפות טיפוסית, המתבטאת כשברי מאמץ המתרחשים במהלך שימוש קבוע בתאי דלק, עלולה להיות מופחתת מאוד.

על ידי שילוב החומר לתוך ממברנות אלקטרוליט בתוך תא דלק, המחקר הראה שהוא העלה את "...סף עייפות ב-175% ומאריך את תוחלת החיים של תא הדלק פי 1.7. בנוסף, קרום Nafion ללא שינוי מציג תוחלת חיים של 242 שעות, בעוד שלקרום המרוכב נצפה אורך חיים של 410 שעות."

בעוד שהצוות ציין שהכנסת החומר הזה הורידה מעט את הביצועים של תאי הדלק, השיפור המדהים בעמידות/אורך חיים הוא ללא ספק פשרה כדאית. בהתקדם, אם תאי דלק מימן צפויים להחליף את מקביליהם למארז הסוללות בגזרת EV, אלו סוגי ההתקדמות שצריך לעשות. עם זאת, חשוב לזכור שהטכנולוגיה הטובה ביותר לא תמיד מנצחת. היתרון של המניע הראשון הוא אמיתי, ורכבי רכב חשמליים המונעים על ידי סוללה הם בעליל בראש, למרות השפל בשוק לאחרונה.

מהם רכבי מימן חשמליים (HEV)?

רכב חשמלי הוא רכב שמסתמך על מנועים המונעים על ידי חשמל ולא על מנוע המופעל על ידי דלק בעירה. כפי שזה נראה, הרוב המכריע של כלי הרכב החשמליים משתמש במארזי סוללות כבדים כדי לאחסן ולספק את החשמל להנעת המנועים הללו. כאמור, ישנה גישה נוספת לרכבי רכב חשמליים שנראה כי היא צוברת אחיזה - תאי דלק מימן.

ברכבי מימן חשמליים (HEVs), הנקראים לפעמים רכבים חשמליים של תאי דלק (FCEVs), החשמל הדרוש להנעת המנוע(ים) מסופק באמצעות תגובה אלקטרוכימית הרואה מימן, המאוחסן כגז נוזלי או דחוס, מתפצל לפרוטונים ואלקטרונים. כל התהליך פועל באופן הבא:

1. מימן המאוחסן במיכל בלחץ גבוה משוחרר לפי דרישה לתא דלק.
2. מימן המוכנס לתא הדלק מתפצל לפרוטונים ולאלקטרונים.
3. אלקטרונים משמשים להנעת מנועים, אשר לאחר מכן מניעים גלגלים.
4. פרוטונים מתחברים עם חמצן באוויר, ומייצרים שני תוצרי לוואי: חום ואדי מים.

מעניין לציין שכמה מכוניות HEV היברידיות נבחרות משתמשות בחבילת סוללות קטנה יותר כדי ללכוד אנרגיה אבודה באמצעות בלימה מתחדשת, המשלבת את הטוב משני העולמות.

מה המשיכה של מימן?

הערעורים מאחורי מכוניות HEV הן מגוונות אך משמעותיות, אם כי כך גם רכבי EV המונעים על ידי סוללה. לכן, בעוד שגרסאות המונעות על ידי סוללות שולטות כיום בשוק, הן, בשום אופן, לא הוכרזו כגישה המנצחת. למעשה, כל אחד מהגורמים הבאים מצביע על HEVs עדיפים בצורה כלשהי.

ייצור ואחסון: חבילות סוללות כוללות בדרך כלל חומרים שנאספו על ידי פעולות כרייה גדולות ופולשניות שממיטות הרס על כדור הארץ, ומערערות את ההנחה שהשימוש בהן טוב לסביבה. מימן, לעומת זאת, ניתן ללכוד באמצעים כמו אלקטרוליזה בת קיימא ובאופן פוטנציאלי עתודות טבעיות.

יתר על כן, ניתן לדחוס מימן בקלות לנוזל ולהוביל ללא בעיה בכמויות אדירות. זה לא דורש קווי תמסורת מנקודת היצירה, מה שהופך את התהליך לגמיש יותר.

ביצועים: מנקודת מבט של ביצועים, אין הבדל גדול בין HEVs ל- BEVs. שני סוגי הרכבים משתמשים במנועים כדי להניע את גלגלי ההינע שלהם, כלומר שניהם ייהנו מהמומנט והתפוקה המיידיים המהווים שם נרדף לטכנולוגיה.

פליטות: בחזית הפליטות, המימן הוא ללא ספק טוב יותר. אמנם מבחינה טכנית מדובר בפולט משני, אך הדבר כולל רק אדי מים שיוצאים מהצנרת. בינתיים, למכוניות BEV אין פליטות כלל. המקום שבו מימן מייחד את עצמו הוא בתהליך הייצור, שכן חבילות הסוללות שהיא מוותרת עליהן דורשות כרייה נרחבת כדי ליצור, תוך נזק לכדור הארץ.

תִדלוּק: תדלוק הוא אחת הפניות הגדולות ביותר למימן, מכיוון שהוא גורם שמשתמשי הקצה יתמודדו איתו ממקור ראשון על בסיס קבוע. בעוד שמכוניות BEV דורשות בדרך כלל זמני טעינה ארוכים ותשתית מיוחדת, רכבי HEV יכולים לתדלק במהירות כמו רכב גז/דיזל רגיל.

טווח: למרות שטכנולוגיית הסוללה משתפרת, כדי ש-BEV יתהדר באותו טווח כמו ICE מסורתי יותר, נדרשת ערכת סוללות מסיבית. זה גורם לזמני טעינה ארוכים יותר, לטביעת רגל סביבתית רבה יותר, ולאובדן יעילות עקב משקל. מימן, לעומת זאת, מתגאה בנתוני טווח בדרך כלל בדומה ל-ICE, ומוציא לחלוטין את חרדת הטווח מהמשוואה.

אקלים קר: חלק מחרדת הטווחים שפוקדת את בעלי BEV מגיעה לאזור. מעט מאוד מקומות מתהדרים בתנאי אקלים אידיאליים עבור BEV, וכתוצאה מכך טווח מופחת דרסטי עבור לקוחות רבים. אמנם מימן מאבד טווח מסוים במזג אוויר קר, אך הוא אינו דרמטי בשום מקום, מה שהופך אותו לאופציה מושכת יותר עבור רבים.

כפי שאתה יכול לראות, ישנם תחומים קריטיים שונים שבהם רכבי HEV יכולים להתעלות על גרסאות ערכת הסוללה שלהם. המקום שבו הם מתחילים לפגר הוא המורכבות, הצורך בתיקון של תשתית תדלוק קיימת, וההופעה הפוטנציאלית של סוללות מוצק.

שחקני תעשייה מפתחים פתרונות מימן

תעשיית ה-EV אולי חווה כמה מהמורות בדרך כרגע, אבל עדיין ברור שהם העתיד של התחבורה. מה שלא כל כך ברור הוא איזו צורה תלבש רכבי EV. האם הם יהיו מופעלי סוללה? או שהם יסתמכו על תאי דלק מימן? צמד החברות הבאות מתבססות על האחרונות וכבר החלו לתכנן עתיד כזה.

*הנתונים המפורטים להלן היו מדויקים בזמן כתיבת שורות אלו ועשויים להשתנות. כל משקיע פוטנציאלי צריך לאמת מדדים*

1. טויוטה

כיצרנית הרכב הגדולה בעולם, אין זה צריך להיות מפתיע שטויוטה יצאה לתחום רכבי ה-HEV. מעניין לציין שבעוד שהחברה מפתחת באופן פעיל פתרונות סוללות במצב מוצק, טויוטה נרתעה נגד רכבי הסוללה של היום. במקום זאת, טויוטה הודיעה שהיא מאמינה שעתיד ורוד יותר טמון במכוניות HEV ואפילו מנועי בעירת מימן.

במיוחד, טויוטה החלה לפתח את טכנולוגיית HEV בשנת 1992, ונבנתה לקראת שחרורו של ה'מיראי' - מכונית סדאן המתהדרת בתדלוק של 5 דקות, טווח של 650 ק"מ ואפס פליטות מזיקות.

2. חבר חשמל

Plug Power Inc. (PLUG +% 6.55)

Plug Power Inc., שהוקמה בשנת 1997 ומרכזה ב-Latham, ניו יורק, נותרה שחקנית מפתח בקידום טכנולוגיית תאי דלק מימן. יש לציין כי Plug Power אינו מתמקד רק במכוניות ומשאיות; החברה מתכננת ומייצרת מערכות כאלה עבור מתקנים קטנים יותר המשתמשים במנועים חשמליים.

בשנים האחרונות, Plug Power הרחיבה את המיקוד שלה מעבר לתאי דלק לטיפול בחומרים והחלה לכוון לשווקים רחבים יותר. זה כולל מערכות חשמל נייחות, ציי רכבי משלוח ואפילו יישומים פוטנציאליים בתעופה. הרכישות האסטרטגיות של החברה, כמו זו של United Hydrogen ו-Giner ELX, חיזקו עוד יותר את מעמדה בכלכלת המימן על ידי שיפור היכולות שלה בייצור מימן, הנזלה והפצה.

המילה אחרונה

עם מכשילות רכבי הסוללה, התמקדות רבה יותר בחלופות פוטנציאליות. כפי שהיא עומדת, פתרונות מימן נמצאים בקדמת החבילה, ולמרות שאולי קל לבטל את הטכנולוגיה במבט ראשון, זכרו שלא רק טויוטה דוחפת למימן. כבר קיימות שותפויות ופיתוח פתרונות מימן הכוללים חברות כמו הונדה, GM, יונדאי ועוד.

עם הגברת הגישה למימן ממקור בר-קיימא הגדל מדי יום, עתידם של רכבי החשמל עשוי להיראות מעט שונה ממה שרבים מבינים.