Οι αλήθειες για τις μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων

Οι μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων λειτουργούν με υψηλές τάσεις. Για παράδειγμα, το ID.3 έχει 408 Volt στο σύστημα, ενώ η Porsche Taycan λειτουργεί με 800 Volt, δηλαδή σχεδόν το 3,5πλάσιο της συνηθισμένης τάσης ενός νοικοκυριού. Για τον έλεγχο της ροής ενέργειας σε αυτές τις υψηλές τάσεις απαιτείται ηλεκτρονική διαχείριση της ισχύος. Εκτός από τη διαχείριση της ενέργειας, αυτή χρησιμεύει επίσης ως μετατροπέας, που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα, το οποίο είναι αποθηκευμένο στην μπαταρία, σε εναλλασσόμενο για τον ηλεκτροκινητήρα. Για την ετοιμότητα του συνηθισμένου ηλεκτρικού δικτύου των 12 Volt φροντίζει ένας μετατροπέας συνεχούς ρεύματος.

Τι ακριβώς κάνει η ηλεκτρονική διαχείριση;

Ο όρος «ηλεκτρονική διαχείριση» εμφανίζεται όλο και συχνότερα στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αλλά σπάνια περιγράφεται με περισσότερες λεπτομέρειες. Βασικά, αντιπροσωπεύει τον εγκέφαλο του ηλεκτροκινητήρα. Χρησιμοποιώντας έξυπνο έλεγχο συχνότητας και πλάτους (περιορίζοντας την τάση), ο μετατροπέας ρυθμίζει την ισχύ του ηλεκτροκινητήρα. Ενώ η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος ρυθμίζει την ταχύτητα του αυτοκινήτου, το πλάτος είναι τελικά υπεύθυνο για την ισχύ. Η ηλεκτρονική διαχείριση στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο παράγει, επομένως, ακριβώς το εναλλασσόμενο ρεύμα, που απαιτείται για την εκάστοτε κατάσταση οδήγησης από το συνεχές ρεύμα, που είναι αποθηκευμένο στην μπαταρία.

Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες γενικά;

Οι μπαταρίες είναι μονάδες αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική. Σε αντίθεση με τις συνηθισμένες μπαταρίες, οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων μπορούν να λειτουργήσουν και προς τις δύο κατευθύνσεις. Μπορούν, δηλαδή, να πάρουν ηλεκτρικό ρεύμα και αργότερα να το επιστρέψουν.

Κάθε συσσωρευτής αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια, τα οποία βρίσκονται σε έναν ηλεκτρολύτη (αγώγιμο μέσο). Ο ηλεκτρολύτης δεν πρέπει να είναι πάντα υγρός, αλλά, ανάλογα με τον τύπο της μπαταρίας, μπορεί επίσης να είναι ένα τζελ ή ένα στερεό υλικό. Τα δύο ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος) διαχωρίζονται μεταξύ τους από ένα πορώδες τοίχωμα, το διαχωριστή. Έτσι αποτρέπεται ένα βραχυκύκλωμα. Κι ενώ υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων στην άνοδο, υπάρχουν πολύ λίγα ηλεκτρόνια στην κάθοδο. Αυτή η διαφορά περιγράφει την ηλεκτρική τάση. Αν ένας καταναλωτής είναι ενεργοποιημένος, τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια «ταξιδεύουν» μέσω καλωδίων από την άνοδο στην κάθοδο. Κάπως έτσι ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα...

Πώς λειτουργούν οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν καθόδους από μεταλλικό οξείδιο λιθίου, ενώ η άνοδος είναι κατασκευασμένη από γραφίτη. Αλλάζοντας τα ηλεκτρόνια, μεταξύ των ηλεκτροδίων προκύπτουν διαφορές φορτίου σε άνοδο και κάθοδο. Αυτές αντισταθμίζονται από τα ιόντα λιθίου και μεταφέρονται από τον ηλεκτρολύτη μέσω του διαχωριστή. Όταν η μπαταρία φορτίζεται, η αρχή αντιστρέφεται: το ρεύμα φόρτισης «ωθεί» τα μεταναστευμένα ηλεκτρόνια και ιόντα πίσω στην άνοδο. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χαρακτηρίζονται από τη συμπαγή σχεδίαση και την ταυτόχρονα υψηλή χωρητικότητά τους.

Πόσο κοστίζει η μπαταρία ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου;

Ακόμα κι αν το κόστος έχει μειωθεί γρήγορα τα τελευταία χρόνια, η μπαταρία εξακολουθεί να είναι το πιο ακριβό εξάρτημα ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Το φάσμα των τιμών κυμαίνεται από 6.000 ευρώ για ένα αυτοκίνητο μεσαίας κατηγορίας έως 20.000 ευρώ για ένα πολυτελές ηλεκτροκίνητο της Tesla. Το σήμα των 100 δολαρίων ανά κιλοβατώρα (kWh) αναφέρεται επανειλημμένα στον κλάδο ως σημείο, από το οποίο τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα μπορούσαν να ισούνται με την τιμή των συγκρίσιμων μοντέλων με κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Έτσι, κατασκευαστές, όπως η Renault και η Nissan προσφέρουν τις μπαταρίες προς ενοικίαση. Στο Renault Zoe (ηλεκτρικό αυτοκίνητο με τις περισσότερες πωλήσεις το 2019 στη Γερμανία), το εύρος των τιμών ξεκινά από τα 74 ευρώ το μήνα για την μπαταρία 41 kWh και ελάχιστη απόσταση 7.500 km. Πλεονέκτημα: Η απόδοση, η υπηρεσία αντιμετώπισης βλάβης και η ανταλλαγή σε περίπτωσή της είναι παροχές εγγυημένες.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των μπαταριών στερεού καυσίμου;

Οι μπαταρίες στερεού καυσίμου θεωρούνται από πολλούς το επόμενο μεγάλο βήμα στην εξέλιξη νέων μπαταριών για ηλεκτρικά αυτοκίνητα και προορίζονται να ξεπεράσουν στο μέλλον το φόβο των χρηστών για την αυτονομία. Λειτουργούν χωρίς υγρούς ηλεκτρολύτες και αντ αυτών, όπως υποδηλώνει το όνομα, βασίζονται σε στερεά υλικά. Τα πλεονεκτήματα είναι η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, η λιγότερη πολυπλοκότητα και η φθηνότερη παραγωγή. Όπως έδειξε η Samsung σε ένα πρωτότυπο, ο κίνδυνος κρυσταλλώσεων («σχηματισμός δενδριτών») είναι χαμηλότερος, γεγονός που επηρεάζει τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια της μπαταρίας. Οι μπαταρίες στερεού καυσίμου είναι επίσης μικρότερες και, ως εκ τούτου, εξοικονομούν χώρο. Ωστόσο, υπάρχουν αμφιβολίες σχετικά με την πρακτικότητα. Έτσι, μπορεί να χρειαστούν αρκετά χρόνια ακόμη για τη μαζική παραγωγή τους.

Από τι παράγονται οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων;

Πρώτες ύλες, όπως λίθιο, νικέλιο, κοβάλτιο, γραφίτης και μαγγάνιο χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μπαταριών ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Η εξόρυξη αυτών των υλών, όμως, σε ορισμένες χώρες, όπως η Χιλή ή το Κονγκό έχει ως αποτέλεσμα περιβαλλοντικές ζημιές και παιδική εργασία. Έτσι, οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων στρέφουν όλο και περισσότερο την προσοχή τους σε αυτό το πρόβλημα και χρησιμοποιούν, για παράδειγμα, λίθιο και κοβάλτιο, που εξάγονται στην Αυστραλία. Δοκιμάζονται επίσης διαδικασίες κατασκευής με πλαστικό, θείο, μαγνήσιο ή πυρίτιο.

Ποια είναι η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου;

Η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας ηλεκτρικού αυτοκινήτου κυμαίνεται γενικά μεταξύ οκτώ και δέκα ετών. Συνήθως αναμένονται 500 έως 1.000 κύκλοι φόρτισης, οι οποίοι αντιστοιχούν σε μια απόσταση από 50.000 έως 100.000 χιλιομέτρων με μέση αυτονομία 100 χιλιομέτρων ανά διαδικασία φόρτισης. Ωστόσο, η χωρητικότητα μειώνεται στο 70 με 80% με την πάροδο του χρόνου, ανάλογα με τον τύπο φόρτισης, τον αριθμό των κύκλων φόρτισης ή το στιλ οδήγησης. Ωστόσο, η τεχνολογία σημειώνει κι εδώ ραγδαία πρόοδο. Οι σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να διαχειριστούν έως και 3.000 κύκλους φόρτισης. Επίσης, ένα Tesla Model S έσπασε το φράγμα του ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων με μόνο τρεις μπαταρίες. Επιπλέον ακόμη: Οι Αμερικανοί φιλοδοξούν να κατασκευάσουν μια μπαταρία με διάρκεια ζωής ένα εκατομμύριο μίλια (ή 1,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα) και δύο δεκαετίες.

Τι γίνεται με την απόρριψη μπαταριών ηλεκτρικών αυτοκινήτων;

Μετά από τη χρήση τους σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όλο και περισσότερες μπαταρίες καταλήγουν στη λεγόμενη και «δεύτερη ζωή» (second life), δηλαδή ως στατική αποθήκευση ενέργειας για ιδιωτικά νοικοκυριά, αλλά επίσης διασυνδέονται ως μεγάλες αποθηκευτικές μονάδες ενέργειας σε κτίρια και εργοστάσια. Η «δεύτερη ζωή» μπορεί να διαρκέσει για άλλα δέκα χρόνια. Επί του παρόντος, το αλουμίνιο, ο χάλυβας και τα πλαστικά ανακτώνται, κυρίως, από το περίβλημα και τα εξαρτήματα των μπαταριών κατά την ανακύκλωση. Η ανακύκλωση των πολύ πιο σημαντικών πρώτων υλών είναι επί του παρόντος πολύ ακριβή λόγω της έλλειψης ποσοτήτων. Ωστόσο, σύμφωνα με υπολογισμούς της δεξαμενής σκέψης "Agora Energiewende", περίπου το 10% των απαιτήσεων πρώτων υλών μπαταρίας θα μπορούσε έως το 2030 να καλυφθεί με ανακύκλωση.

Τι θα έπρεπε να προσέχει κανείς κατά τη φόρτιση;

Σε γενικές γραμμές ισχύει πως ένα επίπεδο φόρτισης από 20 έως 80% είναι το φθηνότερο για μια μπαταρία ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Αντιθέτως, τα ακραία επίπεδα φόρτισης μειώνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας εξαιτίας των υπερβολικά υψηλών ή πολύ χαμηλών τάσεων εντός των κυψελών. Επιπλέον, θα πρέπει να βρεθεί ένα καλό μείγμα μεταξύ σύνδεσης σε ταχυφορτιστές και πιο αργούς φορτιστές. Οι ακραίες θερμοκρασίες το καλοκαίρι ή το χειμώνα είναι επίσης δυσμενείς, οπότε παρκάρετε το ηλεκτρικό αυτοκίνητο όσο γίνεται στη σκιά ή στο γκαράζ.