fot.Steve Jurvetson/CC BY 2.0 Powstanie prototypów elektrycznego samochodu przypada już na pierwszą połowę XIX wieku.

Napędzane prądem samochody już niebawem zdominują ulice. Ale nazywane dziś „zielonymi” pojazdy wcale nie są nowością…

Powstanie prototypów elektrycznego samochodu przypada już na pierwszą połowę XIX wieku. Dla przypomnienia i porównania – pierwszy prototyp maszyny napędzanej silnikiem spalinowym skonstruowano w 1808 roku, a motor parowy generujący stałą moc opracowano i uruchomiono po raz pierwszy w 1712 roku.

Wśród pionierów zajmujących się silnikami „na prąd” w historii zapisał się węgierski duchowny i fizyk Ányos Jedlik, szkocki wynalazca Robert Anderson, a także profesor Sibrandus Stratingh wraz z asystentem Christopherem Beckerem.

Jednorazowe autko

Laur pierwszeństwa należy się w teorii Węgrowi, który już w 1828 roku opracował działający silnik elektryczny i wykorzystał go do… napędzenia zabawkowej lokomotywy.

I choć legenda głosi, że uczony nie miał za bardzo pojęcia, do czego w praktyce wykorzystać swój wynalazek (pamiętajmy, że sposoby magazynowania i wytwarzania energii elektrycznej były jeszcze bardzo prymitywne), dziś uznaje się go za twórcę podwalin pod podstawową konstrukcję elektrycznego pojazdu ze statorem, twornikiem i komutatorem. Działający do dziś silnik zbudowany przez Jedlika znajduje się obecnie w Muzeum Sztuki Stosowanej w Budapeszcie.

fot.domena publiczna Samochód elektryczny Edisona z 1913 roku

Wynalazek Roberta Andersona zdecydowanie bardziej przypomina coś, co dziś można by uznać za pierwszy elektryczny pojazd kołowy. Zasilany prądem, osobowy powóz był wyposażony w silnik oraz baterię jednorazowego użytku.

Projekt zainspirował następców Andersona do dalszych prac nad „bezkonnym powozem”. Sibrandus Stratingh poszedł o krok dalej i zaprojektował cały pojazd od podstaw – trzykołowy „samochodzik” wykonany później przez lutnika Christophera Beckera ważył około 3 kilogramów i mógł przewozić do 1,5 kilograma ładunku. W pełni naładowana bateria pozwalała na dwudziestominutową jazdę.

Wszystkie z powyższych wynalazków stanowiły jednak zaledwie pierwszy krok w kierunku prawdziwej elektromobilności. Uczeni borykali się bowiem z poważnym problemem, jakim były jednorazowe baterie. Sytuacja uległa zmianie, kiedy Francuz Gaston Planté opracował akumulator ołowiowy…

Czytaj też: Mity i kłamstwa o Nikoli Tesli. Czy słynny wynalazca jest przereklamowany?

Złoty wiek elektryków

Gaston Planté stworzył ogniwo elektryczne składające się z dwóch spiralnie skręconych ołowiowych płytek zatopionych w kwasie siarkowym. Całość była osłonięta szklanym słojem, a płytki oddzielała warstwa tkaniny. Przełomowa bateria powstała w 1859 roku, a rok później Planté zaprezentował przed Akademią Nauk zespół dziewięciu połączonych ogniw.

Bateria zaprojektowana przez Francuza została w 1881 roku udoskonalona przez Camille’a Alphonse’a Faura, który opatentował metodę zwiększania pojemności akumulatora przez pokrywanie ołowiowych płytek pastą złożoną z tlenków ołowiu, kwasu siarkowego i wody, a następnie ogrzewanie ich w wilgotnej atmosferze.

Udoskonalone akumulatory pozwoliły na opracowanie pierwszego w historii modelu osobowego pojazdu elektrycznego, który można było ładować po wyczerpaniu zapasu energii. Konstrukcja opierała się o tricykl projektu angielskiego wynalazcy Jamesa Starleya.

fot.http://earlyamericanautomobiles.com/autos9a.htm/CC BY-SA 4.0 Elektryczne taksówki w Nowym Jorku na przełomie XIX i XX wieku

Pojazd zaprojektowany przez Goustave’a Trouvé został przetestowany na ulicach Paryża w 1881 roku przez samego konstruktora. Współczesna grupa rekonstrukcyjna odbudowała wynalazek i zdołała opisać jego parametry: dysponował niespełna jednym koniem mechanicznym mocy i rozpędzał się maksymalnie do 10 mil na godzinę (około 16,1 kilometrów na godzinę).

Niestety, Trouvé nie mógł opatentować wynalazku. Później zajął się budową przenośnego elektrycznego silnika do łodzi i na tym polu również odniósł sukces, budując pierwszy na świecie zewnętrzny motor ze śrubą zanurzaną w wodzie za tylną burtą (pierwowzór urządzeń, jakie widujemy dziś na niewielkich łódkach rybackich).

Czytaj też: Kto wynalazł samochód? Norman Davies przypomina początki motoryzacji

Rakieta na baterie

Pierwszy elektryczny samochód to dzieło Andreasa Flockena, niemieckiego inżyniera. Zbudowany w 1888 roku, posiadał wszystkie cechy osobowego auta i rozpędzał się do 15 kilometrów na godzinę. Na w pełni naładowanej baterii można było przejechać około 40 kilometrów.

W późniejszych latach, zanim silniki spalinowe wyprzedziły elektryczne ze względu na lepsze osiągi i większą gęstość energii paliwa, pojazdy zasilane z baterii były intensywnie ulepszane.

„Jamais Contente” – wehikuł o kształcie rakiety skonstruowany przez Camille’a Jenatzy’ego – pobił w 1899 roku barierę 100 kilometrów na godzinę na kołach, osiągając zawrotne na swoje czasy 105,88 kilometrów na godzinę. Wśród istotnych wynalazków warto również wspomnieć o projekcie samochodu Ferdinanda Porsche, posiadającego napęd na cztery koła z osobnym silnikiem elektrycznym przy każdym kole.

Triumf spalin

Samochody na baterie zaczęły przegrywać konkurencję z modelami spalinowymi w latach 1920–1950. Po okresie największej popularności, w którym po Londynie kursowały elektryczne taksówki, a prywatni właściciele mogli wreszcie napełniać baterie z domowej sieci elektrycznej, przyszedł czas na dominację aut wykorzystujących benzynę i olej napędowy.

Powody były prozaiczne: coraz lepsza infrastruktura drogowa zachęcała do dalszych podróży, więc trzeba było opracować pojazdy o większym zasięgu, w których łatwiej uzupełnić magazyn energii. Co więcej, w przeciwieństwie do modeli elektrycznych, cywilne „spalinówki” osiągały znacznie większe prędkości i nie denerwowały uciążliwymi spadkami mocy typowymi dla wczesnych akumulatorów ołowiowych.

fot.NASA/domena publiczna Eugene A. Cernan w pojeździe księżycowym (misja Apollo 17)

Aż do późnych lat 50. XX wieku rozwój elektrycznej gałęzi motoryzacji właściwie się zatrzymał. Dopiero poczynając od paru koncepcyjnych modeli opracowanych w latach 60., zainteresowanie zaczęło stopniowo się odradzać.

W 1971 roku łazik księżycowy, który stał się pierwszym osobowym pojazdem kołowym poruszającym się poza Ziemią, posiadał cztery silniki elektryczne i dwie jednorazowe baterie srebro-cynkowo-potasowe. Kryzys energetyczny w latach 1970–1980 również przyczynił się do wzrostu zainteresowania elektromobilnością, co przyniosło szereg raczej nieudanych prób adaptacji modeli spalinowych samochodów na napędy elektryczne.

Elektryczny przełom

Prawdziwy przełom nadszedł jednak dopiero na początku XXI wieku, wraz z wynalezieniem MOSFET – Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, czyli tranzystorów polowych z izolowaną bramką oraz obwodów układów scalonych – a także mikroprocesorów.

To właśnie dzięki MOSFET samochody elektryczne stały się wreszcie bardziej praktyczne: dzięki niemu zniknęły uciążliwe spadki mocy występujące wcześniej wraz z wyładowywaniem się baterii. Prowadzenie stało się łatwiejsze, a ceny sprzedaży detalicznej znacznie spadły. Z kolei napędy mogły już być zarządzane za pomocą mirkokontrolerów, które wspomagały również zarządzanie baterią.

Drugim przełomem było opracowanie akumulatorów litowo-jonowych przez Johna Goodenougha, Rachida Yazami i Akirę Yoshino, skomercjalizowanych w 1991 roku. To właśnie dzięki tym nowoczesnym ogniwom elektryczne samochody mogły faktycznie zacząć mierzyć się z modelami spalinowymi pod względem osiąganych zasięgów.

Pierwszym modelem samochodu elektrycznego dopuszczonego do jazdy po autostradach był Tesla Roadster, którego można było kupić od 2008 roku. Pierwszym rodzinnym samochodem produkowanym przez duży koncern motoryzacyjny, przeznaczonym na szeroki rynek odbiorców, był Nissan Leaf.

Bibliografia:

1. Kerry, S., Electric Car in America, 1890 – 1922. McFarland & Co Inc, 2019.
2. Montagu, J., S., ‚Early Motoring’ – The Electric Car, Read Books, 2010.
3. R. Massey, Over a century ahead of Tesla: We test a replica of the World’s first electric car, Gustave Trouve’s 1881 rechargeable vehicle, This is Money [dostęp: 30.09.2021].