Nu när elbilar tar över våra vägar börjar fler och fler människor bli intresserade av tekniken bakom dessa fordon. Elbilar har massor av spännande teknik. I dagens elfordon kan du hitta allt från regenerativa bromsar till avancerad snabbladdning.
Men förutom elmotorerna är den viktigaste komponenten i en elbil dess batteri. Litiumbatteriet i de flesta elbilar är också en av de mest kontroversiella delarna av ett elfordon. Läs vidare för att upptäcka hur litiumjonbatterier i elfordon hjälper till att driva dessa avancerade maskiner framåt.
Varför är litiumjonbatterier viktiga?
Litiumjonbatterier är kärnan i elfordonsrevolutionen. Dessa batterier erbjuder stor energitäthet, speciellt jämfört med bly-syra batterier, som är mycket tyngre om du vill få en jämförbar kapacitet. Litiumjonbatterier är också idealiska för användning i elbilar eftersom de kan laddas många gånger om, vilket är avgörande för användning i elfordon som kräver omfattande laddnings-/laddningscykler under sin livslängd. En annan anledning till att litiumjonbatterier är överallt på nyheterna är på grund av den miljöpåverkan som utvinning av dessa batterier orsakar.
Under en elbils livslängd är elbilar mycket rena på grund av dess nollutsläpp från avgasröret. Men den initiala effekten av gruvdrift för de material som går in i en elbils litiumjonbatteri är kostsam för miljön. Inte bara detta, utan många människor oroar sig för de förhållanden som många av arbetarna i dessa gruvor möter dagligen. På grund av detta är återvinning av dessa material en stor prioritet för många av de bilföretag som är aktivt involverade i tillverkningen av elbilar.
Vad är ett litiumjonbatteri?
Ett litiumjonbatteri innehåller celler som innehåller en positiv katod och en negativ anod. Det finns också en elektrolyt som separerar dessa två lager, och genom kemiska reaktioner som frigör elektroner kan batteriet ge elektrisk energi till vad det än är anslutet till. Mängden celler avgör batteriets kapacitet, mätt i kWh. När det gäller litiumjonbatteriet är litium en av de viktigaste komponenterna i batteriet, och detta beror på att litium är mycket villig att ge upp en elektron.
Genom de kemiska reaktioner som sker i anoden och katoden kan litiumjonbatteriet laddas och laddas ur många gånger. Detta beror på att dessa kemiska reaktioner kan vändas många gånger om. Litiumjonbatterier finns i många former och storlekar och används i så olika tillämpningar som konsumentelektronik och elfordon. Uppenbarligen är litiumjonbatterierna i en elbil mycket större än de du kan hitta i din smartphone, men de fungerar fortfarande enligt samma principer.
En av de största fördelarna med litiumjonbatterier är deras stora energitäthet, vilket gör dem relativt lätta jämfört med andra batteriteknologier. Tillverkare måste vara försiktiga när de designar och implementerar litiumjonbatterier i sina enheter eftersom om anoden och katoden skulle exponeras för varandra, kan dessa batterier genomgå kemiska reaktioner som kan orsaka bränder eller till och med små explosioner.
Även om litiumjonbatterier gör ett fantastiskt jobb med att driva elbilar, står de inför en utmaning i den kommande solid state-batteri. Det återstår att se om solid-state-batterier kan förbättras tillräckligt för att se mainstream-användning i en stor biltillverkares EV-sortiment.
Hur fungerar ett litiumjonbatteri?
Det grundläggande litiumjonbatteriet drar fördel av kemin i sina material. Dessa batterier har litium, en metall som gärna vill tappa en elektron och bildar litiumjoner, där batteriet får sitt namn. Dessa batterier består av en positiv elektrod som kallas katoden, som har en metalloxid (kobolt är ett vanligt val). Dessa batterier har också en negativ elektrod som kallas anoden, som vanligtvis är gjord av grafit, och grafiten gör att litium kan intercaleras mellan det.
Mellan katoden och anoden underlättar en flytande elektrolyt litiumjonrörelsen från anoden till katoden. Batteriet har också en porös separator, som är avgörande för att upprätthålla batterisäkerheten, eftersom den hindrar anoden och katoden från att komma i direkt kontakt med varandra. Om batteriets två elektroder skulle komma i direkt kontakt skulle resultatet bli katastrofalt. När ett litiumjonbatteri driver en enhet förlorar litiumet som är insatt i den grafithaltiga anoden en elektron.
Denna process skapar litiumjoner, såväl som en fri elektron. Litiumjonerna rör sig från anoden till katoden via elektrolyten och den porösa separatorn. Medan litiumjonerna rör sig genom separatorn tar elektronerna en annan väg som leder dem genom den elektroniska enheten som behöver drivas. När de passerar genom enheten hamnar elektronerna vid katoden. När batteriet behöver laddas om börjar processen i princip från början, men omvänt.
Det är därför litiumjonbatterier är så bra att använda i elbilar, eftersom processen kan upprepas många gånger. När du laddar ditt litiumjonbatteri tvingar laddaren ut elektroner ur katoden, vilket ger ett flöde av elektroner in i anoden. Detta gör att hela den kemiska processen som inträffade medan batteriet laddades ur vänder, med litiumjonerna som lämnar katoden och tar sig tillbaka till anoden. När laddningen är klar är batteriet redo att användas igen.
EV-batteritekniken kommer att fortsätta att förbättras
EV-batterier ger redan elfordon en häpnadsväckande räckvidd, och de kan användas många gånger om. Men det finns fortfarande många saker att förbättra när det gäller denna teknik, särskilt hur EV-batterier återvinns när de når slutet av sin livslängd. Det återstår att se om litiumjontekniken hålls kvar tillräckligt länge för att se monumentala förbättringar eller helt ersättas med lovande teknik som solid-state-batterier.
