Tuntumate elektriautode ja akude eripäradest, konstruktsioonist ning arendustööst alates 1859. aastast
Liitiummetall- ja liitium-ioonakude edasistest arengusuundadest

Tuntumate elektriautode ja akude eripäradest, konstruktsioonist ning arendustööst alates 1859. aastast
Liitiummetall- ja liitium-ioonakude edasistest arengusuundadest

Juhan Raedov
PÄRNU KOIDULA GÜMNAASIUM

Klass: 11
Juhendaja: Elmu Mägi

Naftavarude ammendumisega tõuseb nafta hind ning on tõenäoline, et ühel hetkel on nafta hind nii kõrge, et seda ei jõuta või ei ole otstarbekas osta. Bensiini ja diisli põlemisel eralduvat energiat kasutatakse sõidukite liigutamiseks; bensiin ja diisel on energiakandjad. Üheks laialdaselt kasutatavaks alternatiivseks energiakandjaks võivad tulevikus osutuda akud.

Akudes muudetakse keemiline energia elektrienergiaks, kuid sisepõlemismootoriga autodes kasutatakse bensiinis või diislis peituvat keemilist energiat. Selle keemilise energia vabastamisel oksüdatsioonireaktsioonides tekib soojusenergia, mida auto liigutamiseks kasutatakse. Elektrienergia eeliseks soojusenergia ees on see, et hetkel suudetakse elektrienergia 2–3 korda efektiivsemalt muuta mehaaniliseks energiaks kui soojusenergia (st et elektri­mootorid on 2–3 korda efektiivsemad kui sisepõlemismootorid). Mehaanilist energiat on vaja sõiduki liigutamiseks.

Võrreldes aga ühe ja sama massiühiku bensiini ning tüüpilise aku energiahulka, mida nad kannavad, ilmneb elektriautode üks suurimaid probleeme. Oletades, et sisepõlemismootoriga autodes läheb umbes 40% bensiini põletamisel eralduvast energiast sõiduki liigutamisele, peaks elektriautole, millega loodetakse läbida sama vahemaa mis bensiiniautoga, peale panema massilt üle kümne korra rohkem akusid kui bensiiniautole bensiini. Teine akudega elektriautode puudus on pikad laadimisajad.

Ajaloos tagasi vaadates selgub, et elektriautod leiutati mitu aastakümmet enne sisepõlemismootoriga sõidukeid ja elektriautod olid ulatuslikult kasutuses 20. sajandi alguses, sest elektriautosid oli lihtsam korras hoida ja kasutada, kuid bensiinimootoritega autod tegid nendes aspektides kiireid parandusi. Sisepõlemismootoriga sõidukite võidukäiguga seoses puudus vajadus elektriautode järgi, mistõttu akude arendustöö aeglustus.

Viimastel aastakümnetel on akutehnoloogias suuri edusamme tehtud ja akude mahtuvus on kasvanud mitmeid kordi. Esimese laialdaselt kasutatava aku – pliiaku –leiutamisest saati on avastatud palju uusi aineid ja materjale ning uued tehnikaseadmed võimaldavad ehitada paremaid akusid, aga ka kergemaid elektrisõidukeid, mis omakorda avalduvad suuremas läbivuses.

Uurimistöö eesmärk on tutvuda tuntumate ja rohkem kasutuses olevate akutehnoloogiatega, uurides neid leiutamise järjekorras. Välja on toodud erinevate akude eelised ja puudused elektriautol kasutamisest sõltuvalt. Lisaks on peaaegu iga aku tüübi kohta toodud näide koos lühikirjeldusega masstootmisesse viidud elektriauto kohta, mis võimaldab võrrelda ja näha edusamme elektriautode arengus. Põhiline osa uurimuses kasutatavast materjalist on ingliskeelne ja pärineb internetist.

Tasub tähele panna, et akude võrdlemiseks välja toodud tehnilised näitajad (tabelites) võivad üsna laias vahemikus muutuda, sõltuvalt sellest, mis allikaid kasutada ja kui uusi uurimistulemusi omavahel võrrelda. Sellest tulenevalt võivad potentsiaalselt muutuda ka töö järeldused.

Uurimistööd saab edasi arendada, uurides võimalusi, kuidas elektriautosid efektiivsemaks muuta, uurida põhjalikumalt akudes toimuvaid protsesse ja võrrelda elektriautosid teiste bensiini ning diisli asendajatel töötavate sõidukitega, näiteks suruõhumootoritega autodega.

Kuigi termini ‘elektriauto’ alla mahuvad ka hübriidautod ja kütuseelemendiga autod, kasutatakse selles uurimistöös elektriauto terminit autode kohta, milles elektrienergia saadakse akudelt, st et selles uurimistöös mõeldakse elektriauto all elektri jõul liikuvat autot, mis talletab elektrienergia akudes.

Uurimistöö autor tänab juhendajat Elmu Mägi kaasamõtlemise, nõuannete ning soovituste eest, Tõnu Tamme ja retsensente Mihkel Kama, Rainer Küngast väärtuslike näpunäidete eest.

Artikli täisversiooni leiad PDF failist.