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Agricoltura moderna
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Un concetto che sembrava inconcepibile alcuni anni fa è diventato realtà quando Milwaukee Tool ha introdotto una motosega che ha superato le prestazioni di una motosega.
Credimi sulla parola. Ho fatto correre il Milwaukee contro una famosa marca di motoseghe a motore, entrambi impiegano lame da 16 pollici e tagliano la cenere. Il Milwaukee non si è mai fermato, o ci si è avvicinato, mentre la motosega sfrecciava. Se questo non è abbastanza impressionante, Milwaukee ha anche appena introdotto un avvitatore a impulsi e una smerigliatrice angolare che ritirano tutte le versioni, tranne quelle di dimensioni industriali, di utensili a filo o pneumatici su scaffali polverosi. Diversi produttori stanno lavorando per potenziare le capacità delle loro attuali saldatrici a batteria per fondere acciaio spesso ½ pollice e funzionare fino a un'ora tra una ricarica e l'altra.
I progressi negli strumenti a batteria sono la punta di un iceberg del Titanic nei progressi delle batterie. La tecnologia promette di rendere i trattori e gli autocarri elettrici una realtà nel prossimo futuro. Entro il 2020, potrai ricaricare il tuo pick-up nel tempo necessario per bere un caffè, e poi guiderai per 300 miglia prima di dover ricaricare.
Le odierne batterie agli ioni di litio (Li-ion) contengono più del doppio dell'energia in peso e sono 10 volte più economiche rispetto alle prime batterie agli ioni di litio introdotte nel 1991. Le aziende stanno facendo investimenti importanti nella produzione di batterie, come la Gigafactory di batterie da 3,3 miliardi di dollari di Tesla in Nevada.
Questo ha posto le basi per una crescita esplosiva della capacità ricaricabile, promettendo di quadruplicare la capacità della batteria nei prossimi 10 anni. Puoi ringraziare la chimica per un futuro in cui i cavi e la combustione saranno ritirati. Tutte le batterie creano corrente rilasciando elettroni attraverso una reazione chimica che immagazzina o rilascia una corrente. Prendono il nome dagli elementi utilizzati in quella reazione come la batteria al nichel-cadmio o NiCd che ora sporca gli scaffali dei negozi dopo essere stata messa da parte dalle più efficienti unità agli ioni di litio.
Il litio è diventato la sostanza chimica preferita nel mondo delle batterie di oggi perché si ricarica più velocemente, mantiene la carica più a lungo, e ha una vita più lunga. Un'innovazione che promette il prossimo grande progresso per le batterie agli ioni di litio sono i nanofili d'oro che fungono da elettrodo. Questi fili sono 1, 000 volte più sottile di un capello umano e resiste a centinaia di migliaia di cariche senza degradarsi.
Il futuro delle batterie può essere visto in un'invenzione dell'Università dell'Illinois e dell'Argonne National Laboratory di Chicago. Un team di ricercatori ha creato una batteria che utilizza l'ossigeno nell'aria per reagire con il litio nella batteria
elettrodo anodico. Altri ricercatori “hanno provato a costruire celle al litio-aria, ma hanno fallito a causa del ciclo di vita scadente, ” dice Larry Curtiss di quel gruppo di ricerca.
Il team di ricerca UIC-Argonne ha superato queste sfide utilizzando una combinazione unica di anodo, catodo, ed elettrolita che previene l'ossidazione e l'accumulo di sottoprodotti che uccidono la batteria. Tali progressi prevedono lo sviluppo di batterie che dureranno per tutta la vita non solo del dispositivo (che si tratti di uno strumento o di un camioncino) ma anche di celle di potenza che sono una frazione delle dimensioni delle odierne batterie agli ioni di litio, che si ricaricano molto più velocemente e producono fino a 15 volte più potenza.
Gli scienziati Toyota stanno testando un altro approccio agli ioni di litio che coinvolge batterie a stato solido che impiegano conduttori superionici di solfuro che possono ricaricarsi in soli sette minuti. Questo approccio funzionerebbe a temperature fino a -22°F. e fino a 212°F.
Le esplorazioni sull'utilizzo di diverse sostanze chimiche per immagazzinare energia prevedono la sostituzione del litio con elementi come il sodio, silicone, alluminio, e magnesio. Per esempio, una società spagnola chiamata Graphenano sta esplorando batterie al grafene che potrebbero offrire ai veicoli un'autonomia fino a 500 miglia con una singola carica e un tempo di ricarica di pochi minuti. Questa batteria al grafene (fatta di grafite) si scarica anche 33 volte più velocemente delle attuali batterie agli ioni di litio, che meglio soddisfare le esigenze di elevata potenza dei trattori affamati di potenza, combina, e camion.
LA BATTERIA
Come qualsiasi altra batteria, una batteria ricaricabile agli ioni di litio (Li-ion) è costituita da uno o più scomparti per la generazione di energia chiamati celle o gruppi di celle. La tecnologia agli ioni di litio utilizza una speciale struttura molecolare che consente alla corrente di fluire tridimensionalmente invece che attraverso strati bidimensionali in una cella. I risultati sono grandi aumenti di potenza e autonomia e la capacità di eseguire strumenti affamati di energia. Milwaukee Tool ha anche utilizzato una nuova generazione di batterie singole più grandi denominate 20700 celle per aumentare la capacità di accumulo di energia fino a 12 ampere/ora leader del settore. Milwaukee ha già dichiarato le sue intenzioni di passare a un'unità ancora più grande, etichettato il 21700, che racchiude fino al 47% in più di capacità energetica.
I gruppi di celle sono riuniti in una serie e ricevono energia (durante la ricarica) o scaricano energia attraverso un innovativo cablaggio in metallo solido che riduce la resistenza al flusso, fornendo così più potenza (fino al 50% in più di flusso elettrico rispetto ai precedenti modelli di batterie) allo strumento e riducendo al minimo la generazione di calore (fino al 70%). È anche molto meno probabile che questo cablaggio si rompa in caso di caduta della batteria (rispetto ai cablaggi).
CONTROLLI ELETTRONICI
Il cervello degli strumenti alimentati agli ioni di litio sono controlli elettronici che risiedono sia sulla batteria che sul motore. I due microprocessori parlano tra loro per regolare il flusso di energia dalla batteria allo strumento. Il controllo elettronico del motore brushless richiede un maggiore flusso di potenza quando l'utensile è sotto carico e genera più coppia. Il controller sulla batteria regola non solo la quantità di energia rilasciata al motore, ma anche la velocità di ricarica della batteria.
MOTORI BRUSHLESS
La chiave per generare la crescita fenomenale del lavoro generato dagli utensili a batteria è l'uso di motori brushless che eliminano le spazzole di carbone e il commutatore utilizzato nei motori a spazzole. In questi motori, le posizioni dei magneti e degli avvolgimenti in rame sono invertite. In un motore brushless, i magneti sono sull'albero motore, e gli avvolgimenti di rame dell'armatura sono fissi e circondano quell'albero. L'aumento di potenza dei motori brushless è possibile perché gli avvolgimenti in rame sono posizionati all'esterno della configurazione del motore, che offre spazio per ingrandirli. Anche, i motori brushless non hanno l'attrito e la caduta di tensione che le spazzole creano trascinando contro il commutatore rotante.
La valutazione del potenziale di potenza di una batteria è stata confusa negli ultimi anni, poiché i valori di tensione sono saliti alle stelle oltre tali valori nominali comuni di 18 o 20 volt. Ma le batterie ad alto voltaggio sono necessariamente più potenti?
Per rispondere a questa domanda, devi anche guardare le ore di amplificatore di una batteria. "Le ore di amperaggio sono un po' come valutare il serbatoio del carburante di una batteria, " spiega Bob Hunter, valutatore di strumenti per Legna rivista, Agricoltura di successo pubblicazione sorella della rivista.
Una tensione più alta non significa sempre maggiore potenza. La tensione varia leggermente all'interno delle singole celle di una batteria in base alla quantità di carica che contengono. Possono produrre una tensione più alta a uno stato di carica completa rispetto a quello basso.
Allo stesso modo, ore di amplificatore più elevate non garantiscono di ottenere il miglior tempo di esecuzione.
Quando si tratta di valutare il potenziale di potenza di una batteria, calcola i suoi wattora.
L'equazione per farlo è semplice. Moltiplica i volt nominali per gli amperora. Il risultato sono i wattora.
Un esempio di ciò potrebbe essere una batteria da 18 volt che fornisce 12 ore di ampere di energia. I wattora di questa batteria sarebbero 216 (18×12).
Un'altra guida altamente affidabile per l'alimentazione della batteria è il lavoro svolto dall'utensile che fornisce misurato in coppia o coppia massima. La vera capacità di coppia riflette sia la capacità della batteria sia la qualità del motore dell'utensile e i controlli elettronici che regolano quel motore e le funzioni della sua batteria.
Il cavallo di battaglia sta costruendo 5, 300 dei camion quest'anno per le vendite di flotte. Gli ordini dei consumatori inizieranno all'inizio del 2019 per un camion che parte da $ 52, 000 (supportato da $7, 500 credito d'imposta).
Il pioniere delle auto elettriche Elon Musk riferisce che la sua azienda è sul punto di introdurre un pickup Tesla che avrà la trazione integrale a doppio motore "con una coppia pazzesca e una sospensione che si adatta dinamicamente al carico, ” vanta il pioniere delle auto elettriche Musk.
Un semirimorchio completamente elettrico non è lontano dal mercato, o. Thor Trucks ha sviluppato un semirimorchio elettrico che può trasportare 80, 000 libbre di carico e viaggia fino a 300 miglia con una singola carica (mostrato sopra). Le opzioni dell'apparato propulsore per l'autocarro vanno da 300 a 700 CV. con coppia massima a partire da 0 giri/min. La società afferma che il Thor costa il 70% in meno rispetto ai semirimorchi diesel. L'azienda dispone ora di una flotta limitata di camion dimostrativi.
BATTERIA AGLI IONI DI LITIO
Una batteria agli ioni di litio (Li-ion) comprende elettrodi anodici e catodici e un elettrolita contenuto in una parete di separazione isolante composta da fori microscopici. In uno stato carico, gli atomi di litio sono immagazzinati nell'elettrodo anodico. Quando la batteria diventa parte di un circuito chiuso (o completato), inizia a scaricarsi. Ciò provoca una reazione di ossidazione tra gli atomi di litio (nell'elettrodo anodico) e la soluzione elettrolitica, con conseguente lancio di elettroni dagli atomi di litio per creare ioni di litio. La soluzione elettrolitica lascia passare solo gli ioni attraverso di essa all'elettrodo catodico dove una reazione di riduzione crea energia. La ricarica della batteria inverte questo processo.
BATTERIA LITIO-ZOLFO
Una batteria creata da litio e zolfo (Li-S) ha il potenziale di trasportare cinque volte più energia in peso rispetto alla batteria agli ioni di litio. In una batteria Li–S, l'elettrodo di ossido di metallo è sostituito da zolfo, che ha la capacità di contenere più atomi di litio poiché ogni atomo di zolfo si lega a due atomi di litio. L'elettrodo di grafite è sostituito da una scheggia di metallo di litio puro che svolge il doppio compito sia come elettrodo che come fornitore di ioni di litio.
BATTERIA AL LITIO-OSSIGENO
Questo approccio aspira aria nella batteria dove l'ossigeno agisce come un elettrolita. Tali batterie di respirazione offrono un enorme vantaggio in termini di peso rispetto ad altri approcci alla batteria poiché non hanno bisogno di portare con sé uno dei loro ingredienti principali. Una batteria al litio-ossigeno (Li–O) può, in teoria, immagazzinare energia densamente come un motore a gas, che è 10 volte più delle batterie utilizzate nelle auto di oggi. La sfida con le batterie Li-O è che perdono rapidamente capacità di carico ad ogni ciclo di ricarica. I ricercatori stanno esplorando batterie respiratorie più economiche a base di sodio-ossigeno
(Na-O). La batteria Na-O fornisce solo la metà della densità di energia di Li-O, ma è ancora cinque volte più potente delle batterie agli ioni di litio.
BATTERIA AGLI IONI DI MAGNESIO
Ridisegnando gli elettrodi nelle batterie e sostituendo il litio con ioni più pesanti, come quelli offerti dal magnesio, ha un potenziale poiché gli ioni di magnesio trasportano due cariche elettriche ciascuno contro l'unica carica trasportata dagli ioni di litio. Ma il tempo di ricarica e di risposta al rilascio è più lento con le batterie agli ioni Mg perché gli ioni di magnesio si muovono molto più lentamente degli ioni di litio.
Il sogno dei trattori a batteria è diventato realtà quest'estate quando un numero limitato di modelli Fendt e100 Vario è andato a lavorare nelle aziende agricole e nei comuni in Europa. In grado di funzionare fino a cinque ore con una carica, il 67 CV. Vario utilizza una batteria agli ioni di litio da 650 volt. Più, la batteria può essere ricaricata fino all'80% in soli 40 minuti.
Fendt riferisce che l'e100 è stato progettato per alimentare sia attrezzi convenzionali (tramite una presa di forza o idraulica) che elettrificati. Si prevede che l'e100 Varios non sarà probabilmente generalmente disponibile fino al 2019.
AGCO (la società madre di Fendt) non è l'unica azienda a prendere in seria considerazione i trattori elettrici. John Deere ha rivelato un prototipo completamente elettrico nel 2017 a un salone di macchine a Parigi che ha prodotto ben 174 CV.
Chiamato SESAM (Approvvigionamento energetico sostenibile per macchine agricole), il prototipo Deere si basa sul telaio della serie 6R dell'azienda dotato di due motori elettrici. La batteria del SESAM offre energia sufficiente per alimentare il trattore fino a quattro ore. Deere stima che il trattore sia distante almeno tre o quattro anni dalla produzione commerciale.
Anche il produttore tedesco di motori fuoristrada Deutz è alla ricerca di potenza elettrica. L'azienda ha recentemente speso 117 milioni di dollari per implementare la strategia E-Deutz. I primi prodotti di quell'investimento sono attesi tra circa due anni.
