Teraz, gdy pojazdy elektryczne przejmują nasze drogi, coraz więcej ludzi interesuje się technologią stojącą za tymi pojazdami. Pojazdy elektryczne wyposażone są w mnóstwo ekscytujących technologii. We współczesnych pojazdach elektrycznych można znaleźć wszystko, od hamulców regeneracyjnych po zaawansowane szybkie ładowanie.
Ale oprócz silników elektrycznych najważniejszym elementem pojazdu elektrycznego jest jego akumulator. Bateria litowa w większości pojazdów elektrycznych jest również jedną z najbardziej kontrowersyjnych części pojazdu elektrycznego. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak akumulatory litowo-jonowe w pojazdach elektrycznych pomagają napędzać te zaawansowane maszyny.
Dlaczego baterie litowo-jonowe są ważne?
Baterie litowo-jonowe są podstawą rewolucji pojazdów elektrycznych. Baterie te oferują dużą gęstość energii, zwłaszcza w porównaniu z akumulatory kwasowo-ołowiowe, które są znacznie cięższe, jeśli chcesz uzyskać porównywalną pojemność. Akumulatory litowo-jonowe są również idealne do użytku w pojazdach elektrycznych, ponieważ można je wielokrotnie ładować, co jest niezbędne do stosowania w pojazdach elektrycznych, które wymagają długich cykli ładowania/ładowania przez cały okres ich użytkowania. Innym powodem, dla którego baterie litowo-jonowe są w wielu wiadomościach, jest wpływ na środowisko, jaki powoduje ich wydobycie.
Przez cały okres eksploatacji pojazdu elektrycznego, ze względu na zerową emisję spalin, pojazdy elektryczne są bardzo czyste. Jednak początkowy wpływ wydobycia materiałów, z których składa się akumulator litowo-jonowy pojazdu elektrycznego, jest kosztowny dla środowiska. Nie tylko to, ale wielu ludzi martwi się warunkami, z jakimi codziennie stykają się pracownicy tych kopalń. Z tego powodu recykling tych materiałów jest ogromnym priorytetem dla wielu firm samochodowych aktywnie zaangażowanych w produkcję pojazdów elektrycznych.
Co to jest bateria litowo-jonowa?
Akumulator litowo-jonowy zawiera ogniwa zawierające dodatnią katodę i ujemną anodę. Istnieje również elektrolit, który oddziela te dwie warstwy, a dzięki reakcjom chemicznym, które uwalniają elektrony, bateria może dostarczać energię elektryczną do wszystkiego, z czym jest połączona. Ilość ogniw określa pojemność baterii mierzoną w kWh. W przypadku akumulatora litowo-jonowego lit jest jeden z najważniejszych elementów zawartych w akumulatorze, a to dlatego, że lit bardzo chętnie z niego rezygnuje elektron.
Dzięki reakcjom chemicznym zachodzącym w anodzie i katodzie akumulator litowo-jonowy może być wielokrotnie ładowany i rozładowywany. Wynika to z faktu, że te reakcje chemiczne można wielokrotnie odwrócić. Baterie litowo-jonowe występują w wielu kształtach i rozmiarach i są wykorzystywane w tak różnorodnych zastosowaniach, jak elektronika użytkowa i pojazdy elektryczne. Oczywiście baterie litowo-jonowe w pojazdach elektrycznych są znacznie większe niż te, które można znaleźć w smartfonie, ale nadal działają na tych samych zasadach.
Jedną z największych zalet akumulatorów litowo-jonowych jest ich duża gęstość energii, co sprawia, że są one stosunkowo lekkie w porównaniu z innymi technologiami akumulatorów. Producenci muszą zachować ostrożność podczas projektowania i wdrażania baterii litowo-jonowych do swoich urządzeń, ponieważ jeśli anoda i katody miały być narażone na siebie, baterie te mogą ulegać reakcjom chemicznym, które mogą powodować pożary lub nawet niewielkie wybuchy.
Mimo że akumulatory litowo-jonowe wykonują niesamowitą pracę w zasilaniu pojazdów elektrycznych, w nadchodzącym czasie staną przed wyzwaniem bateria półprzewodnikowa. Okaże się, czy akumulatory półprzewodnikowe można ulepszyć na tyle, aby można było je zastosować w głównym asortymencie pojazdów elektrycznych jednego z głównych producentów samochodów.
Jak działa bateria litowo-jonowa?
Podstawowa bateria litowo-jonowa wykorzystuje chemię swoich materiałów. Baterie te zawierają lit, metal, który chętnie traci elektron, tworząc jony litu, dzięki czemu bateria otrzymuje swoją nazwę. Baterie te składają się z elektrody dodatniej zwanej katodą, która zawiera tlenek metalu (często wybierany jest kobalt). Baterie te są również wyposażone w ujemną elektrodę zwaną anodą, która jest zwykle wykonana z grafitu, a grafit umożliwia interkalację litu między nią.
Pomiędzy katodą a anodą ciekły elektrolit ułatwia ruch litowo-jonowy z anody do katody. Bateria jest również wyposażona w porowaty separator, który ma kluczowe znaczenie dla zachowania bezpieczeństwa baterii, ponieważ zapobiega bezpośredniemu kontaktowi anody i katody. Gdyby dwie elektrody baterii zetknęły się bezpośrednio, wynik byłby katastrofalny. Gdy bateria litowo-jonowa zasila urządzenie, lit wstawiony do anody zawierającej grafit traci elektron.
W procesie tym powstają jony litu, a także wolny elektron. Jony litu przemieszczają się z anody do katody przez elektrolit i porowaty separator. Podczas gdy jony litu przemieszczają się przez separator, elektrony podążają inną ścieżką, która prowadzi je przez urządzenie elektroniczne, które wymaga zasilania. Po przejściu przez urządzenie elektrony trafiają na katodę. Kiedy bateria wymaga naładowania, proces w zasadzie zaczyna się od początku, ale w odwrotnej kolejności.
Właśnie dlatego akumulatory litowo-jonowe tak świetnie nadają się do użytku w pojazdach elektrycznych, ponieważ proces można powtarzać wiele razy. Podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego ładowarka wypycha elektrony z katody, zapewniając przepływ elektronów do anody. Powoduje to odwrócenie całego procesu chemicznego, który miał miejsce podczas rozładowywania akumulatora, a jony litu opuszczają katodę i wracają do anody. Po zakończeniu procesu ładowania akumulator jest ponownie gotowy do pracy.
Technologia akumulatorów EV będzie nadal się poprawiać
Akumulatory EV już teraz zapewniają pojazdom elektrycznym zdumiewający zasięg i mogą być używane wielokrotnie. Jednak wciąż jest wiele rzeczy do poprawy w odniesieniu do tej technologii, zwłaszcza sposób, w jaki akumulatory EV są poddawane recyklingowi, gdy osiągną kres swojej żywotności. Dopiero okaże się, czy technologia litowo-jonowa będzie utrzymywana wystarczająco długo, aby zobaczyć monumentalne ulepszenia, czy też zastąpiona całkowicie obiecującą technologią, taką jak akumulatory półprzewodnikowe.
