Τώρα που τα EV καταλαμβάνουν τους δρόμους μας, όλο και περισσότεροι άνθρωποι ενδιαφέρονται για την τεχνολογία πίσω από αυτά τα οχήματα. Τα EV διαθέτουν τόνους συναρπαστικής τεχνολογίας. Στα σημερινά ηλεκτρικά οχήματα, μπορείτε να βρείτε τα πάντα, από φρένα ανάκτησης έως προηγμένη γρήγορη φόρτιση.
Όμως, εκτός από τους ηλεκτροκινητήρες, το πιο σημαντικό εξάρτημα σε ένα EV είναι η μπαταρία του. Η μπαταρία λιθίου στα περισσότερα EV είναι επίσης ένα από τα πιο αμφιλεγόμενα μέρη ενός ηλεκτρικού οχήματος. Διαβάστε παρακάτω για να ανακαλύψετε πώς οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στα ηλεκτρικά οχήματα βοηθούν στην προώθηση αυτών των προηγμένων μηχανών.
Γιατί είναι σημαντικές οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται στον πυρήνα της επανάστασης των ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτές οι μπαταρίες προσφέρουν μεγάλη ενεργειακή πυκνότητα, ειδικά σε σύγκριση με μπαταρίες μολύβδου-οξέος, τα οποία είναι πολύ πιο βαριά αν θέλετε να αποκτήσετε συγκρίσιμη χωρητικότητα. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι επίσης ιδανικές για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα, επειδή μπορούν να επαναφορτιστούν πολλές φορές. απαραίτητο για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα που απαιτούν εκτεταμένους κύκλους φόρτισης/επαναφόρτισης κατά τη διάρκεια της ωφέλιμης ζωής τους. Ένας άλλος λόγος που οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι όλα τα νέα είναι λόγω των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που προκαλεί η εξόρυξη αυτών των μπαταριών.
Κατά τη διάρκεια ζωής ενός EV, λόγω των μηδενικών εκπομπών καυσαερίων του, τα EV είναι πολύ καθαρά. Ωστόσο, ο αρχικός αντίκτυπος της εξόρυξης για τα υλικά που μπαίνουν στη μπαταρία ιόντων λιθίου ενός EV είναι δαπανηρός για το περιβάλλον. Όχι μόνο αυτό, αλλά πολλοί άνθρωποι ανησυχούν για τις συνθήκες που αντιμετωπίζουν καθημερινά πολλοί από τους εργαζόμενους σε αυτά τα ορυχεία. Εξαιτίας αυτού, η ανακύκλωση αυτών των υλικών αποτελεί τεράστια προτεραιότητα για πολλές από τις εταιρείες αυτοκινήτων που συμμετέχουν ενεργά στην κατασκευή ηλεκτρικών οχημάτων.
Τι είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου;
Μια μπαταρία ιόντων λιθίου περιέχει στοιχεία που περιέχουν μια θετική κάθοδο και μια αρνητική άνοδο. Υπάρχει επίσης ένας ηλεκτρολύτης που χωρίζει αυτά τα δύο στρώματα και μέσω χημικών αντιδράσεων που ελευθερώνουν ηλεκτρόνια, η μπαταρία μπορεί να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε οτιδήποτε είναι συνδεδεμένο. Η ποσότητα των κυψελών καθορίζει τη χωρητικότητα της μπαταρίας, μετρημένη σε kWh. Στην περίπτωση της μπαταρίας ιόντων λιθίου, το λίθιο είναι ένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα που περιέχονται στην μπαταρία, και αυτό συμβαίνει επειδή το λίθιο είναι πολύ πρόθυμο να εγκαταλείψει ηλεκτρόνιο.
Μέσω των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στην άνοδο και την κάθοδο, η μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να φορτιστεί και να αποφορτιστεί πολλές φορές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυτές οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να αντιστραφούν πολλές φορές. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου διατίθενται σε πολλά σχήματα και μεγέθη και χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές εφαρμογές όπως ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και ηλεκτρικά οχήματα. Προφανώς, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου σε ένα EV είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που μπορεί να βρείτε στο smartphone σας, αλλά εξακολουθούν να λειτουργούν χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές.
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι η μεγάλη ενεργειακή τους πυκνότητα, η οποία τις καθιστά σχετικά ελαφριές σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες μπαταριών. Οι κατασκευαστές πρέπει να προσέχουν κατά το σχεδιασμό και την εφαρμογή μπαταριών ιόντων λιθίου στις συσκευές τους, διότι εάν η άνοδος και η η κάθοδος έπρεπε να εκτεθεί η μία στην άλλη, αυτές οι μπαταρίες μπορεί να υποστούν χημικές αντιδράσεις που μπορεί να προκαλέσουν πυρκαγιές ή ακόμη και μικρές εκρήξεις.
Παρόλο που οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κάνουν καταπληκτική δουλειά τροφοδοτώντας τα EV, αντιμετωπίζουν μια πρόκληση στο επερχόμενο μπαταρία στερεάς κατάστασης. Μένει να φανεί εάν οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μπορούν να βελτιωθούν αρκετά ώστε να δούμε την κύρια χρήση στη σειρά EV μιας μεγάλης αυτοκινητοβιομηχανίας.
Πώς λειτουργεί μια μπαταρία ιόντων λιθίου;
Η βασική μπαταρία ιόντων λιθίου εκμεταλλεύεται τη χημεία των υλικών της. Αυτές οι μπαταρίες διαθέτουν λίθιο, ένα μέταλλο που θέλει να χάσει ένα ηλεκτρόνιο, σχηματίζοντας ιόντα λιθίου, όπου η μπαταρία παίρνει το όνομά της. Αυτές οι μπαταρίες αποτελούνται από ένα θετικό ηλεκτρόδιο που ονομάζεται κάθοδος, το οποίο διαθέτει ένα οξείδιο μετάλλου (το κοβάλτιο είναι μια κοινή επιλογή). Αυτές οι μπαταρίες διαθέτουν επίσης ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο που ονομάζεται άνοδος, το οποίο είναι συνήθως κατασκευασμένο από γραφίτη και ο γραφίτης επιτρέπει στο λίθιο να παρεμβάλλεται μεταξύ του.
Μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, ένας υγρός ηλεκτρολύτης διευκολύνει την κίνηση ιόντων λιθίου από την άνοδο προς την κάθοδο. Η μπαταρία διαθέτει επίσης έναν πορώδες διαχωριστή, ο οποίος είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ασφάλειας της μπαταρίας, καθώς εμποδίζει την άνοδο και την κάθοδο να έρχονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους. Εάν τα δύο ηλεκτρόδια της μπαταρίας έρχονταν σε άμεση επαφή, το αποτέλεσμα θα ήταν καταστροφικό. Όταν μια μπαταρία ιόντων λιθίου τροφοδοτεί μια συσκευή, το λίθιο που παρεμβάλλεται στην άνοδο που περιέχει γραφίτη χάνει ένα ηλεκτρόνιο.
Αυτή η διαδικασία δημιουργεί ιόντα λιθίου, καθώς και ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από την άνοδο στην κάθοδο μέσω του ηλεκτρολύτη και του πορώδους διαχωριστή. Ενώ τα ιόντα λιθίου κινούνται μέσω του διαχωριστή, τα ηλεκτρόνια ακολουθούν μια διαφορετική διαδρομή που τα οδηγεί μέσω της ηλεκτρονικής συσκευής που πρέπει να τροφοδοτηθεί. Μόλις περάσουν μέσα από τη συσκευή, τα ηλεκτρόνια καταλήγουν στην κάθοδο. Όταν η μπαταρία χρειάζεται επαναφόρτιση, η διαδικασία ξεκινά ουσιαστικά από την αρχή, αλλά αντίστροφα.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι τόσο εξαιρετικές για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα, καθώς η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές. Όταν φορτίζετε την μπαταρία ιόντων λιθίου, ο φορτιστής αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να βγουν από την κάθοδο, παρέχοντας μια ροή ηλεκτρονίων στην άνοδο. Αυτό προκαλεί την αντιστροφή ολόκληρης της χημικής διαδικασίας που συνέβη κατά την αποφόρτιση της μπαταρίας, με τα ιόντα λιθίου να εγκαταλείπουν την κάθοδο και να επιστρέφουν στην άνοδο. Αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία φόρτισης, η μπαταρία είναι έτοιμη για άλλη μια φορά.
Η τεχνολογία μπαταριών EV θα συνεχίσει να βελτιώνεται
Οι μπαταρίες EV παρέχουν ήδη στα ηλεκτρικά οχήματα εκπληκτική αυτονομία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλές φορές. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά πράγματα που πρέπει να βελτιωθούν σχετικά με αυτήν την τεχνολογία, ειδικά πώς οι μπαταρίες EV ανακυκλώνονται μόλις φτάσουν στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους. Μένει να δούμε αν η τεχνολογία ιόντων λιθίου θα διατηρηθεί αρκετά για να δούμε μνημειώδεις βελτιώσεις ή θα αντικατασταθεί εντελώς με πολλά υποσχόμενη τεχνολογία όπως οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης.