Prawdopodobnie baterie AA kojarzą Ci się z pilotami, zegarami ściennymi lub zabawkami zbierającymi kurz pod stolikiem do kawy. Są wszechobecne. Malutki. Oczywiste. Wewnątrz tego cynkowego ciała zachodzi reakcja chemiczna, w wyniku której powstają elektrony. Od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego. Prąd płynie. To proste.
Energia elektryczna zmienia sposób, w jaki się poruszamy. Samochody elektryczne istnieją od XIX wieku. Obecnie w wiadomościach dominują pojazdy hybrydowe i pojazdy całkowicie elektryczne. Producenci samochodów inwestują miliardy w technologię akumulatorów. Ale jest niuans. Baterie w tych samochodach są ogromne. Ciężki. Drogi. Akumulator hybrydy może dostarczyć napięcie 300 woltów. To wystarczy, aby samochód mógł poruszać się po ulicach miast, korzystając z czystej energii elektrycznej.
Oto pytanie, które brzmi jak żart, dopóki nie spojrzysz na specyfikację: Czy potrafisz prowadzić prawdziwy samochód, w którym możesz siedzieć i jeździć, używając zwykłych domowych baterii AA?
Krótka odpowiedź: tak. Móc.
Długa odpowiedź: dlaczego nikt nie używa tego jako codziennego dojazdu do pracy.
Jedno ogniwo AA wytwarza napięcie 1,5 wolta. To wszystko. Aby uzyskać napięcie 300 woltów akumulatora hybrydy, potrzeba 200 ogniw połączonych szeregowo, aby osiągnąć poziom podstawowy. Ale napięcie to tylko połowa historii. Potrzebujesz prądu. Potrzebujesz pojemności. Będziesz musiał stale wymieniać te drobne elementy. To nie jest praktyczne. To nieskuteczne. To logistyczny koszmar.
Ale niepraktyczne nie znaczy niemożliwe. A inżynierowie nienawidzą słowa „niemożliwe”.
Grupa w Japonii nie tylko zbudowała gokarta z akumulatorów Duracell. Stworzyli samochód, który faktycznie osiągał prędkości autostradowe. 75 mil na godzinę. To 120,7 kilometrów na godzinę. Na bateriach AA.
Szybkie połączenie Panasonic Oxyride
To nie był projekt szkolny. Było to poważne ćwiczenie inżynieryjne dotyczące gęstości i mocy energii. Zespół zastosował technologię Panasonic Oxyride – specjalny rodzaj baterii alkalicznych zaprojektowanych tak, aby działały lepiej niż standardowe ogniwa tej marki. Akumulatory tlenkowe wykorzystują na katodzie tlenek żelaza zamiast dwutlenku manganu, co pozwala na wyższą gęstość energii i lepszą wydajność rozładowania w warunkach dużego obciążenia.
Dlaczego to ma znaczenie?
Standardowe ogniwa alkaliczne tracą napięcie przy dużym natężeniu prądu. Robi się gorąco. Szybko się kończą. Ogniwa tlenkowe dłużej utrzymują napięcie, gdy wymagana jest duża moc. Na tym właśnie polega różnica między samochodem, który uruchamia się i zatrzymuje po 200 metrach, a samochodem, który jedzie z prędkością 75 mil na godzinę.
Wyzwaniem było skalowanie. Nie można po prostu podłączyć 200 akumulatorów i jednego dnia. Potrzebujesz systemu kontroli. Potrzebujesz termoregulacji. Potrzebujesz silnika, który wytrzyma moment obrotowy źródła niskiego napięcia i wysokiego prądu.
Powstały pojazd podważył powszechne założenie, że akumulatory domowe są zbyt słabe do zastosowań motoryzacyjnych. Udowodniono, że przy odpowiedniej chemii i właściwej inżynierii nawet najprostsze źródło energii można wykorzystać do ekstremalnych granic.
Czy w przyszłym roku zobaczysz w garażu samochody zasilane baterią AA? Prawdopodobnie nie. Sama kara za wagę zniszczyłaby zasięg. Koszt wymiany setek ogniw po każdym cyklu ładowania jest absurdalny. Ale koncepcja została sprawdzona. Fizyka działa. Przepływ elektronów. Czasami najbardziej absurdalne ograniczenia prowadzą do najciekawszych rozwiązań inżynieryjnych.
Pytanie nie dotyczy już praktycznego zastosowania. Pytanie brzmi, co się stanie, kiedy przestaniesz pytać, czy jest to możliwe, a zaczniesz pytać, jak daleko można przesunąć granice.
Jak Panasonic pobił rekord prędkości na lądzie przy zasilaniu bateryjnym
Przejście z prędkości lotniczej na lądową było logicznym, choć nieco odważnym posunięciem dla firmy Panasonic. Elektroniczny gigant trafił na pierwsze strony gazet w 2006 roku, kiedy nawiązał współpracę z Tokijskim Instytutem Nauki i Technologii, aby stworzyć załogowy samolot zasilany 160 bateriami AA. To było niesamowite osiągnięcie inżynierii lekkiej. Kiedy jednak próbowali wpisać osiągnięcie do Księgi Rekordów Guinnessa, trafili na ścianę. W książce nie było kategorii dla „załogowych statków powietrznych zasilanych akumulatorowo”.
W księgach rekordów pojawiła się luka i Panasonic dostrzegł szansę. Do 2007 roku cel uległ zmianie. Wyzwanie nie wisiało już na niebie. Dotknęła asfaltu. Mianowicie rekord prędkości na Ziemi zasilany ogniwami galwanicznymi (baterie).
Projekt ten, nazwany Panasonic Oxyride Speed Challenge, nie dotyczył tylko prędkości. Chodziło o napięcie. Zespół polegał na markowych akumulatorach Panasonic Oxyride. Nie były to zwykłe pierwiastki alkaliczne. Wytwarzają napięcie 1,7 V w porównaniu ze standardowym napięciem 1,5 V. Ten dodatkowy pęd był ważny, jeśli chodzi o przemieszczanie masy przy użyciu wyłącznie energii chemicznej.
Robienie kuli na kółkach
Powstały pojazd nie miał nic wspólnego z sedanami, które wypełniają poranne korki. Stworzone przez inżynierów Panasonic i studentów z Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Osace urządzenie bardziej przypominało samochód SUP niż samochód. Znajdował się zaledwie 1 stopę 10 cali (56 centymetrów) nad ziemią. Niski. Agresywnie. Aerodynamiczny.
Waga była wrogiem. Aby temu zaradzić, zespół usunął wszystko, co nieistotne. Korpus był skorupą z tworzywa sztucznego i włókna węglowego. Wynik? Całkowita waga wynosiła tylko 83 funty (38 kilogramów).
Aby ocenić projekt, musisz wyobrazić sobie źródło zasilania. W samochodzie zastosowano 192 baterie AA. To prawie 200 takich samych elementów, jakie znajdziesz w zegarze ściennym czy pilocie do telewizora. Spakowanie tak dużej gęstości energii w obudowę wystarczająco małą, aby zmieścić się za przetwornikiem, wymagało precyzyjnej inżynierii. Pakiet akumulatorów został zainstalowany bezpośrednio za pilotem Takashim Suzu.
Suzu nie siedziała prosto. Leżał na plecach, schowany w kadłubie z włókna węglowego. Przed każdym wyścigiem załoga zapieczętowała nad nim ciało. Był to jednoosobowy kokpit. Uszczelniona rura dla jednej osoby.
Do 75,8 mil na godzinę na bateriach alkalicznych
Co więc się stanie, jeśli dołączysz 192 baterie AA do 38-kilogramowego pocisku z włókna węglowego? Dostaniesz rekord w Księdze Guinnessa.
Aby móc pobić rekord, zespół musiał osiągnąć prędkość 65 mil na godzinę (104,6 km na godzinę). Nie tylko osiągnęli ten cel. Rozbili to.
Średnia prędkość w wyścigu wyniosła 65,5 mil na godzinę (105,95 kilometrów na godzinę). Ale maksymalna prędkość? 75,8 mil na godzinę (122 kilometry na godzinę).
Oczywiście było zastrzeżenie. Fizyka nie pozwala wiecznie oszukiwać. Te maleńkie akumulatory rozładowały się już po przebyciu 1,2 km. Przejażdżka była krótka. Trudny. Skuteczny. Ale to wystarczyło. W sierpniu 2007 roku Panasonic Oxyride Speed Challenge oficjalnie zdobył tytuł najszybszego samochodu zasilanego ogniwami galwanicznymi.
Rzeczywistość jazdy na bateriach AA
Łatwo jest patrzeć na samochód jadący z prędkością 75,8 mil na godzinę na bateriach AA i myśleć o przyszłości dojazdów do pracy. Nie warto. Nie będziesz jeździć do pracy Panasonic Oxyride. Zapas mocy jest zbyt krótki. Pojemność jest za niska. Nie ma żadnych standardów bezpieczeństwa.
Ale eksperyment pokazał fundamentalną kwestię. Możesz zasilać pojazd za pomocą ogniw galwanicznych. Potrzebujesz ich tylko 192. Potrzebujesz pojazdu, który waży mniej niż motocykl. Potrzebujesz płata imitującego torpedę. I musisz zaakceptować fakt, że Twoja „prędkość autostradowa” to tak naprawdę sprint.
Panasonic nie wynalazł samochodu elektrycznego. Po prostu udowodnili, że przy wystarczającym napięciu, wystarczającej ilości włókna węglowego i odrobinie uporu można pobić rekordy, które nie mają nic wspólnego z praktycznym transportem. To był wybuch blasku. Nagrywać. Moment w historii.
Baterie są już wyczerpane. Samochód prawdopodobnie znajduje się w muzeum lub magazynie gdzieś na świecie. Ale pomysł pozostaje. Moc to nie tylko waty. Chodzi o to, gdzie je umieścisz.
