Wie sieht die Energie- und Gewichtseffizienz zwischen einem Batterie-/Elektroantrieb und einem Verbrennungsmotor aus?

Wäre ein batteriebetriebenes Fahrzeug bei gleicher Gesamtenergie- und Leistungsabgabe leichter als eines, das (derzeit) einen kraftstoffbetriebenen Motor verwendet?

Diese Frage ist für Hubschrauber gedacht.

Stimmen Sie ab, weil die Antwort so offensichtlich ist.
@PeterA.Schneider Nicht fair. Antworten sind nur offensichtlich, wenn Sie sie kennen. Wie viele Piloten und Ingenieure, geschweige denn Leute, die nicht in der Luftfahrt tätig sind, verstehen Energiedichten?
@Simon Nun, es gibt viele Fragen (und ihre Antworten) auf dem Aviation-Stack, die mir wirklich Spaß machen. Hier gibt es Luftfahrtexperten, die Einblicke und Informationen liefern, die der breiten Öffentlichkeit nicht ohne Weiteres zugänglich sind. Aber die Energiedichte von Batterien gegenüber fossilen Brennstoffen gehört nicht dazu. Zunächst einmal ist die Antwort trivial googlebar. Zweitens ist die Antwort im Alltag sichtbar, beginnend mit den Grenzen von Elektroautos (die nicht einmal versuchen zu fliegen!). Hat der Autor noch nie eine Autobatterie gewechselt, die so schwer ist wie das ganze Benzin im Tank, aber manchmal nicht einmal das Auto starten kann ?
@PeterA.Schneider Nun, wenn Googlability ein Kriterium war, dann schätze ich, dass zwischen einem Drittel und der Hälfte aller Fragen auf dieser Seite nicht erwünscht sind.
Die Aussage von @PeterA.Schneider ist für mich nicht so offensichtlich, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann leichter sein als ein Fahrzeug, das Kraftstoff mit derselben Leistung verwendet. Tatsächlich ist Kraftstoff (45 MJ/kg) effizienter als Lithium-Ionen-Batterien (0,5 MJ/kg). Aber das ist nur für Kraftstoff. Vergleichen Sie auch das Gewicht des Motors und der restlichen Infrastruktur. Es gibt eine Grenze für kleine Kräfte, wo diese Aussage nicht mehr zutrifft. Wenn eine Mindestleistung angegeben ist, kann die Aussage wahr sein, aber die Frage gibt (jetzt) ​​keine Grenze an. Also +1 zu dieser Frage.

Antworten (1)

Schlecht. Das ist ein Grund, warum wir über einige Experimente hinaus keine batteriebetriebenen Flugzeuge sehen. Die spezifische Leistung ist bei Batterien noch viel schlechter.

Energiespeicher:

  • Düsentreibstoff hat eine spezifische Energie von etwa 43 MJ/kg und eine Energiedichte von etwa 35 GJ/m³ [ 1 ] .
  • Die bis heute besten massenproduzierten wiederaufladbaren Batterien, Lithium-Ionen-Polymer, die beste Art hat eine spezifische Energie von 0,95 MJ/kg und eine Energiedichte von höchstens 2,6 GJ/m³ [ 2 ] .

Das ist mehr als eine Größenordnung zugunsten von Kohlenwasserstoffkraftstoff (fast 2 Größenordnungen nach Gewicht, eine nach Volumen). Selbst unter Berücksichtigung des zwei- bis dreimal höheren Wirkungsgrads von Elektromotoren (die nicht unter den theoretischen Wirkungsgradgrenzen von Wärmekraftmaschinen leiden) ist Kohlenwasserstoffkraftstoff gewichtsmäßig um eine Größenordnung besser.

Motoren:

  • Laut [ 3 ] sind die Leistungsgewichte für Elektromotoren und Gasturbinen vergleichbar (im Bereich von 5-10 kW/kg).

Der Elektromotor gibt der Elektrizität keinen Vorteil.

Nun, der Unterschied in der Energiedichte ist so groß, dass selbst ein großer Unterschied im Motorgewicht sowieso nicht viel helfen würde. Für Modelle ist Strom in Ordnung, da sie aufgrund des Quadratwürfelgesetzes viel Leistung und Auftrieb haben und kleine Wärmekraftmaschinen schwierig sind. Aber für Flugzeuge, die Menschen befördern, sind Batterien bei weitem nicht brauchbar.

@Federico, 43/0,95 = 45, das ist mehr als 10 1.5 .
oh, entschuldigung, ich habe mir die Lautstärke angeschaut. vielen Dank, dass Sie Ihre Antwort aktualisiert haben.
Und es wird mit der Flugzeit schlimmer. Während Treibstoff verbraucht wird und das Flugzeug leichter wird, haben Batterien die gleiche Masse, unabhängig davon, wie viel Energie übrig ist.
Es sei denn, Solacells können einen Teil der Leistung liefern.....
Alles wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik begrenzt. Deshalb ist es ein Gesetz. Vielleicht denken Sie an Carnot-Effizienz?
@J ..., das ist dasselbe. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, was man mit Wärme nicht machen kann und da Elektromotoren nicht mit Wärme arbeiten, hat es für sie keine Konsequenzen.
@JanHudec Nein, das zweite Gesetz besagt, dass die Entropie in einem geschlossenen System zunimmt - dies gilt sowohl für Elektromotoren als auch für Verbrennungsmotoren. Alles, was nicht durch den zweiten Hauptsatz eingeschränkt wird, ist entweder ein Perpetuum mobile oder eine freie Energiequelle. Die Wirkungsgradgrenze eines Verbrennungsmotors lässt sich am besten durch den Carnot-Zyklus beschreiben .
@IanRingrose Wenn Sie sechzehn 777-200 in ein Quadrat von 4x4 (Flügelspitze zu Flügelspitze, Nase zu Heck) stellen und ein ununterbrochenes Quadrat um alle sechzehn Flugzeuge zeichnen würden, hätten Sie eine Solarzelle, die, wenn sie 20% effizient wäre ( typisch für eine gute Zelle), würde etwa die Hälfte der Leistung eines Trent-800-Motors erzeugen (bei voller Sonne, auf die Sonne gerichtet).
Ich war an einem Projekt zur Elektrifizierung von Kleinflugzeugen beteiligt. Wenn die besten verfügbaren Batterien ihre Energiedichte um das 3- bis 5-fache der aktuellen Kapazität erhöhen würden, dann sprechen wir über die gleiche Reichweite wie ein Kleinflugzeug mit AVGAS-Antrieb. Damit wird dem deutlich höheren Wirkungsgrad des Elektromotors Rechnung getragen
Wie sieht die Energie- und Gewichtseffizienz zwischen einem Batterie-/Elektroantrieb und einem Verbrennungsmotor aus?
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