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Neuartiges Heizsystem könnte die Reichweite von Elektroautos verbessern
Käufer, die ein Elektroauto in Betracht ziehen, müssen bedenken, dass der Einsatz einer batteriebetriebenen Heizung und Klimaanlage die Reichweite des Autos um ein Drittel oder mehr verringern kann (siehe BMWs Lösung für die begrenzte Reichweite von Elektrofahrzeugen: Ein gasbetriebener Kredit). EIN New York Times Der Rezensent stieß kürzlich bei einer Testfahrt auf dieses Problem und blieb mit einer leeren Batterie gestrandet (siehe Musk-New York Times-Debatte hebt die Mängel von Elektroautos hervor).
Energiesparer: Ein Proof-of-Concept-Heiz- und Kühlsystem für Elektrofahrzeuge funktioniert ohne Batteriestrom.
Aber ein in der Entwicklung befindliches Heiz- und Kühlsystem eliminiert die Belastung der Batterie fast. Die Forscher arbeiten mit Ford an einem System, das sie innerhalb der nächsten zwei Jahre in Fords Focus EV testen wollen. Die Arbeit wird gefördert mit ein Zuschuss in Höhe von 2,7 Millionen US-Dollar von der Advanced Research Projects Agency for Energy.
Die Forscher bezeichnen ihr neues Gerät als thermische Batterie. Es verwendet Materialien, die große Mengen an Kühlmittel in einem kleinen Volumen speichern können. Während sich das Kühlmittel durch das System bewegt, kann es entweder zum Heizen oder zum Kühlen verwendet werden.
Im System wird Wasser in einen Niederdruckbehälter gepumpt, verdunstet und nimmt dabei Wärme auf. Der Wasserdampf wird dann einem Adsorptionsmittel ausgesetzt – einem Material mit mikroskopisch kleinen Poren, das eine Affinität zu Wassermolekülen hat. Dieses Material zieht den Dampf aus dem Behälter und hält den Druck niedrig, damit mehr Wasser eingepumpt und verdampft werden kann. Dieses Verdunstungskühlverfahren kann zur Kühlung des Fahrgastraums verwendet werden.
Da das Material Wassermoleküle adsorbiert, wird Wärme frei; es kann über einen Kühler geleitet und bei der Kühlung des Systems an die Atmosphäre abgegeben werden oder zum Aufwärmen des Fahrgastraums verwendet werden. Das System benötigt sehr wenig Strom – gerade genug, um eine kleine Pumpe und Lüfter zu betreiben, um kühle oder warme Luft zu blasen.
Schließlich kann das Adsorbens kein Wasser mehr aufnehmen, aber das System kann durch Erhitzen des Adsorbens auf über 200 °C wieder aufgeladen werden. Dadurch wird das Wasser freigesetzt, das kondensiert und in ein Reservoir zurückgeführt wird.
Zu diesem Zweck könnte eine elektrische Heizung verwendet werden, sagt Evelyn Wang , Professor für Maschinenbau am MIT, der die Arbeit leitet. Aber es gibt so viele Wärmequellen, wie zum Beispiel die Wärme eines Solarwarmwasserbereiters, sodass kein Strom verbraucht werden müsste, sagt sie. Das vollständige Aufladen des Systems wird voraussichtlich etwa vier Stunden dauern, was etwa dem Aufladen einiger gängiger Elektrofahrzeuge an Standardladestationen entspricht.
Das Grundkonzept des Temperiersystems ist nicht neu (siehe Wärme zur Gebäudekühlung nutzen). Es war jedoch schwierig, ein solches System für den Einsatz in einem Auto kompakt genug zu machen, zumal normalerweise separate Behälter zum Verdampfen und Kondensieren des Kühlmittels verwendet werden. Das kompaktere Design der Forscher nutzt einen Behälter für beide Zwecke.
Die Forscher entwickeln nun Materialien, die mehr Wasser adsorbieren können, wodurch weniger Adsorbens eingesetzt werden könnte. Einer ist ein modifizierter Zeolith, eine Art poröses Material, das seit langem in der Katalyse verwendet wird. Sie arbeiten auch an einem Material namens metallorganisches Gerüst, dessen Eigenschaften durch Variation der Zusammensetzung organischer Materialien, die mikroskopische Metallcluster verbinden, systematisch verändert werden können. Die Forscher haben ihrem Adsorbens hochwärmeleitende Materialien wie Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis hinzugefügt, damit sich das System schneller aufheizen und abkühlen kann, was auch eine Verkleinerung der Gesamtgröße ermöglichen kann.