Un concepto que parecía inconcebible hace unos años se hizo realidad cuando Milwaukee Tool introdujo una motosierra que superaba a una sierra motorizada.
Confíe en mi palabra. Corrí el Milwaukee contra una marca popular de motosierras motorizadas, ambos emplean cuchillas de 16 pulgadas y cortan cenizas. El Milwaukee nunca se estancó o se acercó a eso, mientras la sierra motorizada zumbaba. Si eso no es lo suficientemente impresionante, Milwaukee también acaba de presentar una llave de impacto y una amoladora angular que retiran todas las versiones de herramientas con cable o neumáticas, excepto las de tamaño industrial, a estantes de almacenamiento polvorientos. Varios fabricantes están trabajando para reforzar las capacidades de sus soldadores actuales que funcionan con baterías para fundir acero de ½ pulgada de espesor y operar hasta una hora entre recargas.
Los avances en herramientas inalámbricas son la punta del iceberg del Titanic en los avances de la batería. La tecnología promete hacer realidad los tractores y camiones eléctricos en un futuro próximo. Por 2020, Podrás recargar tu camioneta en el tiempo que tardas en tomar un café, y luego conducirá 300 millas antes de tener que rematar.
Las baterías de iones de litio (Li-ion) actuales contienen más del doble de energía en peso y son 10 veces más baratas que las primeras baterías de iones de litio introducidas en 1991. Las corporaciones están haciendo inversiones importantes en la fabricación de baterías, como la Gigafábrica de baterías de Tesla de 3.300 millones de dólares en Nevada.
Esto ha preparado el escenario para un crecimiento explosivo en la capacidad recargable, prometiendo cuadriplicar la capacidad de la batería en los próximos 10 años. Puede agradecer a la química por un futuro en el que se retiren los cables y la combustión. Todas las baterías crean corriente al liberar electrones a través de una reacción química que almacena o libera corriente. Toman sus nombres de los elementos utilizados en esa reacción, como la batería de níquel-cadmio o NiCd que ahora ensucia los estantes de las tiendas después de ser apartadas por las unidades de iones de litio más eficientes.
El litio se convirtió en el producto químico preferido en el mundo actual de las baterías porque se recarga más rápido, aguanta una carga por más tiempo, y tiene una vida más larga. Una innovación que promete el próximo gran avance para las baterías de iones de litio son los nanocables de oro que sirven como electrodo. Estos cables son 1, 000 veces más fino que un cabello humano y soporta cientos de miles de cargas sin degradarse.
Más allá de Li-ion a Li-air
El futuro de las baterías se puede ver en un invento de la Universidad de Illinois y el Laboratorio Nacional Argonne en Chicago. Un equipo de investigadores ha creado una batería que utiliza el oxígeno del aire para reaccionar con el litio de la batería. electrodo de ánodo. Otros investigadores “han intentado construir celdas de aire y litio, pero fallaron debido a un ciclo de vida deficiente, ”Dice Larry Curtiss de ese equipo de investigación.
El equipo de investigación de UIC-Argonne superó estos desafíos utilizando una combinación única de ánodo, cátodo, y electrolito que previene la oxidación y la acumulación de subproductos que destruyen la batería. Estos avances predicen el desarrollo de baterías que durarían la vida útil no solo del dispositivo (ya sea una herramienta o una camioneta), sino también de celdas de energía que son una fracción del tamaño de las baterías de iones de litio actuales. que se recargan mucho más rápido y producen hasta 15 veces más energía.
Los científicos de Toyota están probando otro enfoque de iones de litio que involucra baterías de estado sólido que emplean conductores superiónicos de sulfuro que pueden recargarse en solo siete minutos. Este enfoque funcionaría en temperaturas tan bajas como -22 ° F. y hasta 212 ° F.
Las exploraciones sobre el uso de diferentes productos químicos para almacenar energía predicen el reemplazo del litio con elementos como el sodio, silicona, aluminio, y magnesio. Por ejemplo, una empresa española llamada Graphenano está explorando baterías de grafeno que podrían ofrecer a los vehículos un rango de conducción de hasta 500 millas con una sola carga y un tiempo de recarga de solo unos minutos. Esta batería de grafeno (hecha de grafito) también se descarga 33 veces más rápido que las baterías de iones de litio actuales. que satisfaría mejor las necesidades de alta potencia de los tractores hambrientos de potencia, combina, y camiones.
Componentes de la batería
LA BATERÍA
Como cualquier otra batería, una batería recargable de iones de litio (Li-ion) está formada por uno o más compartimentos generadores de energía llamados celdas o conjuntos de celdas. La tecnología de iones de litio utiliza una estructura molecular especial que permite que la corriente fluya en tres dimensiones en lugar de a través de capas bidimensionales en una célula. Los resultados son grandes aumentos en la potencia y el tiempo de ejecución y la capacidad de ejecutar herramientas que consumen mucha energía. Milwaukee Tool también empleó una nueva generación de baterías individuales más grandes denominadas 20700 celdas para aumentar la capacidad de almacenamiento de energía hasta 12 amperios hora, líderes en la industria. Milwaukee ya ha declarado sus intenciones de ascender a una unidad aún más grande, etiquetado el 21700, que contiene hasta un 47% más de capacidad energética.
Los conjuntos de celdas se agrupan en serie y reciben energía (cuando se recargan) o descargan energía a través de un innovador arnés de metal sólido que reduce la resistencia al flujo. proporcionando así más potencia (hasta un 50% más de flujo eléctrico que los diseños de baterías anteriores) a la herramienta y minimizando la generación de calor (hasta un 70%). También es mucho menos probable que este arnés se rompa si la batería se cae (en comparación con los arneses de cables).
CONTROLES ELECTRONICOS
El cerebro de las herramientas de iones de litio son controles electrónicos que residen tanto en la batería como en el motor. Los dos microprocesadores se comunican entre sí para regular el flujo de energía de la batería a la herramienta. El control electrónico del motor sin escobillas requiere un mayor flujo de energía cuando la herramienta está bajo carga y genera más torque. El controlador de la batería regula no solo la cantidad de energía que libera al motor, sino también la rapidez con la que se recarga la batería.
MOTORES SIN ESCOBILLAS
La clave para generar el crecimiento fenomenal en el trabajo generado por las herramientas inalámbricas es el uso de motores sin escobillas que eliminan las escobillas de carbón y el conmutador utilizado en los motores con escobillas. En estos motores, las ubicaciones de los imanes y los devanados de cobre se invierten. En un motor sin escobillas, los imanes están en el eje del motor, y los devanados de cobre del inducido están fijos y rodean ese eje. El aumento de potencia de los motores sin escobillas es posible porque los devanados de cobre están colocados en el exterior de la configuración del motor, lo que proporciona espacio para agrandarlos. También, Los motores sin escobillas no tienen la fricción ni la caída de voltaje que crean las escobillas al arrastrar el conmutador giratorio.
Evaluando el verdadero potencial de energía de la batería
La calificación del potencial de energía de una batería se ha enturbiado en los últimos años, ya que las clasificaciones de voltaje se han disparado más allá de las clasificaciones comunes de 18 o 20 voltios. Pero, ¿las baterías de mayor voltaje son necesariamente más potentes?
Para responder a esa pregunta, también necesita mirar los amperios-hora de una batería. "Los amperios hora son como calificar el tanque de combustible de una batería, "Explica Bob Hunter, evaluador de herramientas para Madera revista, Agricultura exitosa publicación hermana de la revista.
Un voltaje más alto no siempre significa una mayor potencia. El voltaje varía ligeramente dentro de las celdas individuales de una batería según la cantidad de carga que contienen. Pueden producir un voltaje más alto en un estado de carga completa que bajo.
Igualmente, amperios por hora más altos no garantizan que obtenga el mejor tiempo de ejecución.
Cuando se trata de evaluar el potencial de energía de una batería, calcule sus vatios-hora.
La ecuación para hacerlo es simple. Multiplique los voltios nominales por amperios hora. El resultado es vatios-hora.
Un ejemplo de esto sería una batería de 18 voltios que proporciona 12 amperios hora de energía. Los vatios-hora de esta batería serían 216 (18 × 12).
Otra guía altamente confiable para la energía de la batería es el trabajo realizado por la herramienta que suministra medido en par o par máximo. La verdadera capacidad de torque es un reflejo tanto de la capacidad de la batería como de la calidad del motor de la herramienta y los controles electrónicos que regulan ese motor y las funciones de su batería.
Camiones eléctricos en desarrollo
Enero pasado, Workhorse Group reveló una camioneta híbrida eléctrica que acelera a 60 mph en 5.5 segundos debido a sus 480 hp. motor híbrido. El Workhorse W-15 con tracción en las cuatro ruedas hace honor al nombre de su empresa, ya que es capaz de transportar un 2, Carga útil de 200 libras y genera una capacidad de remolque de 5, 000 libras. El W-15 está “diseñado para hacer todo lo que puede hacer un Ford F-150, ”Afirma el director ejecutivo de la empresa, Steve Burns.
Workhorse está construyendo 5, 300 de los camiones este año para la venta de flotas. Los pedidos de los consumidores comenzarán a principios de 2019 para un camión que comienza en $ 52, 000 (respaldado por $ 7, 500 crédito fiscal).
El pionero de los automóviles eléctricos Elon Musk informa que su empresa está a punto de presentar una camioneta Tesla que tendrá tracción en las cuatro ruedas de doble motor “con un par de torsión loco y una suspensión que se ajusta dinámicamente a la carga, ”Se jacta del pionero de los coches eléctricos Musk.
Un semirremolque totalmente eléctrico no está lejos del mercado, cualquiera. Thor Trucks ha desarrollado un semirremolque eléctrico que puede transportar 80, 000 libras de carga y viaje hasta 300 millas con una sola carga (se muestra arriba). Las opciones de tren de fuerza para el camión varían de 300 a 700 hp. con par máximo a partir de 0 rpm. La compañía afirma que el Thor es un 70% más barato que los semirremolques diésel. La empresa dispone ahora de una flota limitada de camiones de demostración.
Rediseños radicales de la batería
Los investigadores están explorando diferentes composiciones químicas para aumentar la capacidad de carga eléctrica de las baterías de iones de litio actuales.
BATERÍA DE IONES DE LITIO
Una batería de iones de litio (Li-ion) comprende electrodos de ánodo y cátodo y un electrolito contenido en una pared de separación aislante compuesta de orificios microscópicos. En un estado cargado, Los átomos de litio se almacenan en el electrodo del ánodo. Cuando la batería pasa a formar parte de un circuito cerrado (o completado), comienza a descargar. Esto provoca que se produzca una reacción de oxidación entre los átomos de litio (en el electrodo del ánodo) y la solución de electrolito, resultando en electrones que saltan de los átomos de litio para crear iones de litio. La solución de electrolito solo permite que los iones pasen a través de ella hasta el electrodo del cátodo, donde una reacción de reducción crea energía. La carga de la batería invierte este proceso.
BATERÍA DE LITIO-AZUFRE
Una batería creada a partir de litio y azufre (Li-S) tiene el potencial de transportar cinco veces más energía por peso que la batería de iones de litio. En una batería Li-S, el electrodo de óxido metálico se reemplaza por azufre, que tiene la capacidad de contener más átomos de litio ya que cada átomo de azufre se une a dos átomos de litio. El electrodo de grafito se reemplaza por una astilla de metal de litio puro que cumple una doble función como electrodo y como proveedor de iones de litio.
BATERÍA DE LITIO-OXÍGENO
Este enfoque atrae aire hacia la batería, donde el oxígeno actúa como un electrolito. Estas baterías respiratorias ofrecen una enorme ventaja de peso sobre otros enfoques de baterías, ya que no necesitan llevar consigo uno de sus ingredientes principales. Una batería de litio-oxígeno (Li – O) puede, En teoria, almacenar energía tan densamente como un motor de gas, que es 10 veces más que las baterías que se utilizan en los coches de hoy. El desafío con las baterías de Li-O es que pierden capacidad de carga rápidamente con cada ciclo de recarga. Los investigadores están explorando baterías respiratorias más baratas basadas en sodio-oxígeno
(Na-O). La batería Na-O proporciona solo la mitad de la densidad de energía de Li-O, pero sigue siendo cinco veces más potente que las baterías de iones de litio.
BATERÍA DE IONES DE MAGNESIO
Rediseñando los electrodos en las baterías y reemplazando el litio con iones más pesados, como las que ofrece el magnesio, tiene potencial ya que los iones de magnesio llevan dos cargas eléctricas cada uno frente a la carga que llevan los iones de litio. Pero el tiempo de recarga y liberación-respuesta es más lento con las baterías de iones de Mg porque los iones de magnesio se mueven mucho más lento que los iones de litio.
Tractor eléctrico ahora una realidad
El sueño de los tractores a batería se hizo realidad este verano cuando un número limitado de Fendt modelo e100 Varios se puso a trabajar en granjas y municipios de Europa. Capaz de funcionar hasta cinco horas con una carga, los 67 caballos de fuerza. Vario utiliza una batería de iones de litio de 650 voltios. Más, la batería se puede recargar hasta un 80% en solo 40 minutos.
Fendt informa que el e100 fue diseñado para impulsar tanto implementos convencionales (a través de una toma de fuerza o hidráulica) como electrificados. Se espera que el e100 Varios probablemente no esté disponible hasta 2019.
AGCO (la empresa matriz de Fendt) no es la única empresa que está considerando seriamente los tractores eléctricos. John Deere reveló un prototipo totalmente eléctrico en 2017 en una feria de maquinaria en París que resultó en la friolera de 174 hp.
Denominado SESAM (Suministro de energía sostenible para maquinaria agrícola), el prototipo de Deere se basa en el chasis de la serie 6R de la empresa equipado con dos motores eléctricos. El paquete de baterías del SESAM ofrece suficiente energía para alimentar el tractor hasta por cuatro horas. Deere estima que el tractor está al menos a tres o cuatro años de la producción comercial.
El fabricante alemán de motores todoterreno Deutz también está a la caza de caballos de fuerza eléctricos. Esa firma gastó recientemente $ 117 millones para implementar la estrategia E-Deutz. Los primeros productos de esa inversión se esperan en unos dos años.
