چرا خودرو برقی برتر از مدل‌ احتراقی نیست؟

بیش از یک قرن از حضور خودرو در جهان ما می‌گذرد. از زمان پایان جنگ جهانی اول، به‌ویژه در ایالات متحده‌ی آمریکا، به‌لطف مدل T و ابتکارهای هنری فورد، خودرو برای طبقه‌ی متوسط ​​و متمول جامعه دردسترس بوده است. در آغاز، سه نوع تأمین‌کننده‌ی انرژی برای انواع وسایل حمل‌ونقل در رقابت بودند. اولین مورد سیستم پیشرانه‌ی احتراق‌خارجی یا موتور بخار بود. با کوچک‌سازی چنین پیشرانه‌هایی در اواخر قرن هجدهم، وسایل نقلیه‌ی مجهز به موتور بخار در جاده‌های انگلیس دیده می‌شد؛ اما هنوز فناوری و ایمنی درخورتوجهی نداشتند. همچنین در آن زمان، جاده‌های مناسب برای تحمل وزن عظیم واگن‌های بخار دردسترس نبود؛ از‌این‌رو، تکامل ریل آهنی در دستورکار قرار گرفت. خودروهای بخار دوباره در اوایل قرن بیستم ظاهر شدند؛ اما در‌مقایسه‌با موتورهای الکتریکی یا موتورهای احتراق‌داخلی بسیار ناکارآمد بودند. گفتنی است شرایط لازم برای تعمیر و نگه‌داری با جزئیات فنی پیچیده ازجمله دلایل ناکارآمدی این خودروها به‌شمار می‌رفت.

یکی دیگر از محدودیت‌های خودروهای موتور بخار، تعداد بسیار زیاد اهرم‌های کنترلی بود که راننده باید برای حرکت آرام روی تمام آن‌ها نظارت می‌کرد. به‌عبارت‌دیگر، راننده اگر می‌خواست خودرو بخار در تمام طول مسیر نرم و راحت حرکت کند، باید به‌صورت مداوم این اهرم‌ها را تنظیم می‌کرد. حجم کاری راننده در چنین خودروهایی به‌شدت زیاد بود. ماشین بخار دابل (Doble) که بین سال‌های ۱۹۰۹ تا ۱۹۳۱ ساخته‌ می‌شد، سعی می‌کرد برخی از این معایب را کاهش دهد. احتمالا می‌توان این خودرو را اوج تکامل ماشین بخار دانست. صرف‌نظر از این موارد، قدرت بخار برای خودروها به بن‌بست رسید.

یکی دیگر از مدعیان، خودرو الکتریکی مجهز به باتری سربی‌‌اسیدی بود. خودروهای برقی در ابتدای قرن بیستم توانستند جایگزین کالسکه‌ها در حمل‌ونقل شهری شوند؛ اما این دوران خیلی طول نکشید و برنامه‌ی نامناسب فروش و قدرت کم با درنظرگرفتن وزن باتری‌های سربی‌اسیدی باعث شد خودروهای الکتریکی در سال‌های بعد به حاشیه رانده شوند. با‌این‌حال، خودروهای برقی ازنظر سادگی کارکرد، جزو بهترین خودروها در اوایل قرن بیستم بودند. 

درادامه موتورهای احتراق‌داخلی بنزینی و دیزلی توانستند به‌لطف ظرفیت پیمایش و سوخت‌گیری سریع و عملکرد چشمگیر فراگیر شوند. ظرفیت پیمایش و سرعت شارژ باعث شد خودرو الکتریکی نتواند به‌اندازه‌ی مدل‌های احتراق‌داخلی گسترش پیدا کند. البته پیشرانه‌ی بنزینی بازدهی کمتری (در بهترین حالت حدود ۳۵ درصد) درمقایسه‌با حالت ایدئال دارد و وجود مشکلات مربوط به تعمیر و نگه‌داری، ازجمله عوامل محدودکننده در این پیشرانه‌ها به‌شمار می‌رود. 

مشکل اصلی خودروهای برقی سرعت شارژ و ظرفیت پیمایش آن‌ها است؛ ولی موتورهای الکتریکی خود به‌تنهایی بسیار عالی هستند. موتورهای برقی در خودروهای الکتریکی معمولا بیش از ۹۵ درصد بازدهی دارند و طراحی‌شان جمع‌وجور است و به‌دلیل منحنی گشتاور ایدئال، فقط به جعبه‌دنده‌ی تک‌سرعته (همراه‌با دنده‌عقب) نیاز دارند. آنچه مشکل اصلی موتور الکتریکی به‌شمار می‌رود، منبع سوخت آن، یعنی باتری است.

باتری وسیله‌ای برای ذخیره‌سازی انرژی است و از سرمنفی (آند) و سرمثبت (کاتد) و الکترولیت (به‌شکل مایع یا دوغاب یا خمیر) تشکیل شده تا حرکت الکترون‌ها را در باتری تسهیل کند. جریان‌یافتن الکترون‌ها سوخت کاربردی موتورهای برقی به‌شمار می‌رود. کافی است موتور الکتریکی به باتری وصل شود. ترتیب سلول‌ها در باتری (چه به‌صورت سری و چه موازی) ولتاژ و آمپراژ موجود را تعیین می‌کند. موتور الکتریکی برای انجام کار از اصول الکترومغناطیسی استفاده می‌کند و همان‌طورکه قبلا نیز گفته شد، بسیار کارآمد است.

باتری‌های سربی‌اسیدی و نیکل‌هیدریدفلز برای استفاده در خودروهای برقی با باتری‌های لیتیوم‌یون جایگزین شده‌اند. درحالی‌که هر دو باتری سربی‌اسیدی و نیکل‌هیدریدفلز کاربردهای فراوانی دارند، چگالی انرژی بهتر باتری‌های لیتیوم‌یون به سازگاری گسترده‌ی آن‌ها برای ذخیره‌ی انرژی الکتریکی منجر شده است. باتری‌های فلز‌هوا (درواقع پیل سوختی کنونی) به‌نظر می‌رسد ازنظر عملیاتی در حال گسترش هستند. 

تا زمانی‌که باتری‌ها یا پیل‌های سوختی نتوانند حدود چهار تا پنج برابر چگالی انرژی فعلی باتری‌های لیتیوم‌یونی تحویل دهند، بنزین و گازوئیل همچنان بدون رقیب باقی می‌مانند.

با وجود کاستی‌های متعدد، چه عاملی باعث فروش خودروهای برقی می‌شود؟ دلیل اصلی این موضوع را می‌توان دخالت دولت در بازارها ازطریق استفاده از مشوق‌های مالیاتی و یارانه‌ دانست. برای مثال، دولت نروژ از مشوق‌های مالیاتی و کاهش تعرفه برای افزایش سهم خودروهای برقی در بازار استفاده می‌کند. باتوجه‌به ظرفیت پیمایش و سرعت شارژ، بدون دخالت دولت و مشوق‌های پرداختی خودروهای الکتریکی در جایی قرار می‌گیرند که یک قرن پیش بودند و وعده‌ای هستند که هنوز تحقق نیافته است.