Nyní, když elektromobily přebírají naše silnice, stále více lidí se začíná zajímat o technologii, která stojí za těmito vozidly. Elektromobily obsahují spoustu vzrušujících technologií. V dnešních elektromobilech najdete vše od rekuperačních brzd až po pokročilé rychlonabíjení.
Ale kromě elektromotorů je nejdůležitější součástí elektromobilu jeho baterie. Lithiová baterie ve většině elektromobilů je také jednou z nejkontroverznějších částí elektromobilu. Čtěte dále a zjistěte, jak lithium-iontové baterie v elektrických vozidlech pomáhají pohánět tyto pokročilé stroje vpřed.
Proč jsou lithium-iontové baterie důležité?
Lithium-iontové baterie jsou jádrem revoluce elektromobilů. Tyto baterie nabízejí velkou hustotu energie, zejména ve srovnání s olověné baterie, které jsou mnohem těžší, pokud chcete získat srovnatelnou kapacitu. Lithium-iontové baterie jsou také ideální pro použití v EV, protože je lze mnohokrát dobíjet, což je nezbytné pro použití v elektrických vozidlech, která po dobu své životnosti vyžadují rozsáhlé cykly nabíjení/dobíjení. Dalším důvodem, proč jsou lithium-iontové baterie všude ve zprávách, je dopad na životní prostředí, který těžba těchto baterií způsobuje.
Během životnosti elektromobilu jsou díky nulovým výfukovým emisím velmi čisté. Počáteční dopad těžby materiálů, které jdou do lithium-iontových baterií elektromobilů, je však nákladný pro životní prostředí. Nejen to, ale mnoho lidí se obává podmínek, kterým denně čelí mnoho pracovníků v těchto dolech. Z tohoto důvodu je recyklace těchto materiálů obrovskou prioritou pro mnoho automobilových společností, které se aktivně podílejí na výrobě EV.
Co je lithium-iontová baterie?
Lithium-iontová baterie obsahuje články, které obsahují kladnou katodu a zápornou anodu. Existuje také elektrolyt, který odděluje tyto dvě vrstvy, a prostřednictvím chemických reakcí, které uvolňují elektrony, může baterie poskytnout elektrickou energii všemu, k čemu je připojena. Počet článků určuje kapacitu baterie, měřenou v kWh. V případě lithium-iontové baterie je lithium jedna z nejdůležitějších součástí obsažených v baterii, a to proto, že lithium je velmi ochotné se vzdát elektron.
Prostřednictvím chemických reakcí, které probíhají v anodě a katodě, lze lithium-iontovou baterii mnohokrát nabít a vybíjet. To je způsobeno tím, že tyto chemické reakce mohou být mnohokrát obráceny. Lithium-iontové baterie mají mnoho tvarů a velikostí a používají se v tak rozmanitých aplikacích, jako je spotřební elektronika a elektrická vozidla. Je zřejmé, že lithium-iontové baterie v EV jsou mnohem větší než ty, které můžete najít ve svém smartphonu, ale stále fungují na stejných principech.
Jednou z největších výhod lithium-iontových baterií je jejich velká hustota energie, díky čemuž jsou relativně lehké ve srovnání s jinými technologiemi baterií. Výrobci musí být opatrní při navrhování a implementaci lithium-iontových baterií do svých zařízení, protože pokud anoda a Pokud by katoda byla vystavena navzájem, mohou tyto baterie podléhat chemickým reakcím, které by mohly způsobit požáry nebo dokonce malé výbuchy.
Přestože lithium-iontové baterie odvádějí úžasnou práci při napájení elektromobilů, v nadcházející době čelí výzvě solid-state baterie. Zbývá zjistit, zda lze polovodičové baterie vylepšit natolik, aby bylo možné vidět běžné použití v řadě EV velkých výrobců automobilů.
Jak funguje lithium-iontová baterie?
Základní lithium-iontová baterie využívá chemii svých materiálů. Tyto baterie obsahují lithium, kov, který chce ztratit elektron, tvořící lithium-ionty, kde baterie získává své jméno. Tyto baterie se skládají z kladné elektrody zvané katoda, která obsahuje oxid kovu (běžnou volbou je kobalt). Tyto baterie mají také zápornou elektrodu zvanou anoda, která je běžně vyrobena z grafitu a grafit umožňuje, aby se mezi ní lithium vkládalo.
Mezi katodou a anodou kapalný elektrolyt usnadňuje pohyb lithium-iontů od anody ke katodě. Baterie je také vybavena porézním separátorem, který je životně důležitý pro zachování bezpečnosti baterie, protože zabraňuje tomu, aby se anoda a katoda dostaly do přímého vzájemného kontaktu. Pokud by se obě elektrody baterie dostaly do přímého kontaktu, výsledek by byl katastrofální. Když lithium-iontová baterie napájí zařízení, lithium vložené do anody obsahující grafit ztratí elektron.
Tento proces vytváří ionty lithia a také volný elektron. Lithné ionty se pohybují z anody na katodu přes elektrolyt a porézní separátor. Zatímco se lithium-ionty pohybují separátorem, elektrony se vydávají jinou cestou, která je vede přes elektronické zařízení, které je třeba napájet. Jakmile elektrony projdou zařízením, skončí na katodě. Když je třeba baterii dobít, proces v podstatě začíná znovu, ale obráceně.
To je důvod, proč jsou lithium-iontové baterie tak skvělé pro použití v EV, protože proces lze mnohokrát opakovat. Když nabíjíte lithium-iontovou baterii, nabíječka vytlačí elektrony z katody a zajistí tok elektronů do anody. To způsobí, že celý chemický proces, ke kterému došlo během vybíjení baterie, se obrátí, přičemž lithium-ionty opustí katodu a vrátí se zpět k anodě. Po dokončení procesu nabíjení je baterie opět připravena k provozu.
Technologie baterií EV se bude nadále zlepšovat
Baterie EV již poskytují elektromobilům úžasný dojezd a lze je použít mnohokrát. V souvislosti s touto technologií je však stále mnoho věcí, které je třeba zlepšit, zejména způsob recyklace baterií EV, jakmile dosáhnou konce své životnosti. Zbývá zjistit, zda lithium-iontová technologie bude udržována dostatečně dlouho na to, aby bylo možné vidět monumentální zlepšení, nebo ji zcela nahradit slibnou technologií, jako jsou polovodičové baterie.