Teraz, keď na našich cestách prevládajú elektromobily, čoraz viac ľudí sa začína zaujímať o technológiu týchto vozidiel. EV obsahujú množstvo vzrušujúcich technológií. V dnešných elektromobiloch nájdete všetko od rekuperačných bŕzd až po pokročilé rýchlonabíjanie.
Ale okrem elektromotorov je najdôležitejším komponentom v EV jeho batéria. Lítiová batéria vo väčšine EV je tiež jednou z najkontroverznejších častí elektrického vozidla. Čítajte ďalej a zistite, ako lítium-iónové batérie v elektrických vozidlách pomáhajú poháňať tieto pokročilé stroje vpred.
Prečo sú lítium-iónové batérie dôležité?
Lítium-iónové batérie sú jadrom revolúcie elektrických vozidiel. Tieto batérie ponúkajú veľkú hustotu energie, najmä v porovnaní s olovené batérie, ktoré sú oveľa ťažšie, ak chcete získať porovnateľnú kapacitu. Lítium-iónové batérie sú tiež ideálne na použitie v elektromobiloch, pretože sa dajú mnohokrát dobíjať, nevyhnutné na použitie v elektrických vozidlách, ktoré počas svojej životnosti vyžadujú rozsiahle cykly nabíjania/dobíjania. Ďalším dôvodom, prečo sú lítium-iónové batérie všade v novinách, je vplyv na životné prostredie, ktorý ťažba týchto batérií spôsobuje.
Počas životnosti elektromobilu sú vďaka nulovým výfukovým emisiám veľmi čisté. Počiatočný vplyv ťažby materiálov, ktoré vstupujú do lítium-iónovej batérie EV, je však nákladný pre životné prostredie. Nielen to, ale mnoho ľudí sa obáva podmienok, ktorým denne čelia mnohí pracovníci v týchto baniach. Z tohto dôvodu je recyklácia týchto materiálov pre mnohé automobilky aktívne zapojené do výroby EV obrovskou prioritou.
Čo je to lítium-iónová batéria?
Lítium-iónová batéria obsahuje články, ktoré obsahujú kladnú katódu a zápornú anódu. Existuje tiež elektrolyt, ktorý oddeľuje tieto dve vrstvy, a prostredníctvom chemických reakcií, ktoré uvoľňujú elektróny, môže batéria poskytnúť elektrickú energiu všetkému, s čím je spojená. Množstvo článkov určuje kapacitu batérie, meranú v kWh. V prípade lítium-iónovej batérie je to lítium jednou z najdôležitejších zložiek obsiahnutých v batérii, a to preto, že lítium sa veľmi ochotne vzdáva elektrón.
Prostredníctvom chemických reakcií, ktoré prebiehajú v anóde a katóde, je možné lítium-iónovú batériu mnohokrát nabiť a vybiť. Je to spôsobené tým, že tieto chemické reakcie môžu byť mnohokrát zvrátené. Lítium-iónové batérie prichádzajú v mnohých tvaroch a veľkostiach a používajú sa v takých rozmanitých aplikáciách, ako je spotrebná elektronika a elektrické vozidlá. Je zrejmé, že lítium-iónové batérie v EV sú oveľa väčšie ako tie, ktoré môžete nájsť vo svojom smartfóne, ale stále fungujú na rovnakých princípoch.
Jednou z najväčších výhod lítium-iónových batérií je ich veľká hustota energie, vďaka čomu sú relatívne ľahké v porovnaní s inými technológiami batérií. Výrobcovia musia byť opatrní pri navrhovaní a implementácii lítium-iónových batérií do svojich zariadení, pretože ak anóda a Ak by katóda bola vystavená navzájom, tieto batérie môžu podstúpiť chemické reakcie, ktoré by mohli spôsobiť požiare alebo dokonca malé výbuchy.
Aj keď lítium-iónové batérie odvádzajú úžasnú prácu pri napájaní elektromobilov, v nadchádzajúcom období čelia výzve polovodičovú batériu. Zostáva zistiť, či sa polovodičové batérie dajú dostatočne vylepšiť, aby bolo možné vidieť bežné používanie v zostave EV od veľkých výrobcov automobilov.
Ako funguje lítium-iónová batéria?
Základná lítium-iónová batéria využíva výhody chémie svojich materiálov. Tieto batérie obsahujú lítium, kov, ktorý chce stratiť elektrón, tvoriaci lítium-ióny, kde batéria získala svoje meno. Tieto batérie sa skladajú z kladnej elektródy nazývanej katóda, ktorá obsahuje oxid kovu (bežnou voľbou je kobalt). Tieto batérie tiež obsahujú negatívnu elektródu nazývanú anóda, ktorá je bežne vyrobená z grafitu a grafit umožňuje lítiu interkalovať medzi ňou.
Medzi katódou a anódou uľahčuje pohyb lítium-iónových iónov z anódy na katódu tekutý elektrolyt. Batéria má tiež porézny separátor, ktorý je životne dôležitý pre zachovanie bezpečnosti batérie, pretože zabraňuje tomu, aby sa anóda a katóda dostali do priameho vzájomného kontaktu. Ak by sa obe elektródy batérie dostali do priameho kontaktu, výsledok by bol katastrofálny. Keď lítium-iónová batéria napája zariadenie, lítium vložené do anódy obsahujúcej grafit stráca elektrón.
Tento proces vytvára ióny lítia, ako aj voľný elektrón. Lítiové ióny sa pohybujú z anódy na katódu cez elektrolyt a porézny separátor. Zatiaľ čo sa lítium-ióny pohybujú cez separátor, elektróny prechádzajú inou cestou, ktorá ich vedie cez elektronické zariadenie, ktoré je potrebné napájať. Akonáhle prejdú zariadením, elektróny skončia na katóde. Keď je potrebné batériu dobiť, proces začína v podstate odznova, ale naopak.
To je dôvod, prečo sú lítium-iónové batérie také skvelé na použitie v EV, pretože proces sa môže mnohokrát opakovať. Keď nabíjate lítium-iónovú batériu, nabíjačka vytlačí elektróny z katódy, čím zabezpečí tok elektrónov do anódy. To spôsobí, že celý chemický proces, ku ktorému došlo počas vybíjania batérie, sa obráti, pričom lítium-ióny opustia katódu a vrátia sa späť k anóde. Po dokončení procesu nabíjania je batéria opäť pripravená na použitie.
Technológia batérií EV sa bude naďalej zlepšovať
Batérie EV už poskytujú elektrickým vozidlám úžasný dojazd a dajú sa použiť mnohokrát. V súvislosti s touto technológiou je však stále veľa vecí, ktoré je potrebné zlepšiť, najmä spôsob, akým sa batérie EV recyklujú, keď dosiahnu koniec svojej životnosti. Zostáva zistiť, či sa lítium-iónová technológia udrží dostatočne dlho na to, aby bolo možné vidieť monumentálne vylepšenia, alebo či sa úplne nahradí sľubnou technológiou, ako sú polovodičové batérie.
