Nu hvor elbiler overtager vores veje, bliver flere og flere mennesker interesserede i teknologien bag disse køretøjer. Elbiler har masser af spændende teknologi. I nutidens elbiler kan du finde alt fra regenerative bremser til avanceret hurtigopladning.
Men bortset fra de elektriske motorer er den vigtigste komponent i en EV dens batteri. Lithiumbatteriet i de fleste elbiler er også en af de mest kontroversielle dele af et elektrisk køretøj. Læs videre for at opdage, hvordan lithium-ion-batterier i elektriske køretøjer hjælper med at drive disse avancerede maskiner fremad.
Hvorfor er lithium-ion-batterier vigtige?
Lithium-ion-batterier er kernen i revolutionen af elektriske køretøjer. Disse batterier tilbyder stor energitæthed, især i forhold til bly-syre batterier, som er meget tungere, hvis du ønsker at få en sammenlignelig kapacitet. Lithium-ion-batterier er også ideelle til brug i elbiler, fordi de kan genoplades mange gange, hvilket er afgørende til brug i elektriske køretøjer, der kræver omfattende opladnings-/genopladningscyklusser i løbet af deres levetid. En anden grund til, at lithium-ion-batterier er over hele nyheden, er på grund af den miljøpåvirkning, som minedrift af disse batterier forårsager.
I løbet af en elbils levetid er elbiler meget rene på grund af dens nul-udstødningsemissioner. Men den indledende indvirkning af minedrift for de materialer, der indgår i en elbils lithium-ion-batteri, er dyr for miljøet. Ikke kun dette, men mange mennesker bekymrer sig om de forhold, som mange af arbejderne i disse miner står over for dagligt. På grund af dette er genbrug af disse materialer en enorm prioritet for mange af de bilfirmaer, der er aktivt involveret i fremstillingen af elbiler.
Hvad er et lithium-ion-batteri?
Et lithium-ion batteri indeholder celler, der indeholder en positiv katode og en negativ anode. Der er også en elektrolyt, der adskiller disse to lag, og gennem kemiske reaktioner, der frigiver elektroner, kan batteriet levere elektrisk energi til det, det er forbundet til. Mængden af celler bestemmer batteriets kapacitet, målt i kWh. I tilfældet med lithium-ion-batteriet er lithium en af de vigtigste komponenter indeholdt i batteriet, og det skyldes, at lithium er meget villig til at opgive en elektron.
Gennem de kemiske reaktioner, der finder sted i anoden og katoden, kan lithium-ion-batteriet oplades og aflades mange gange. Dette skyldes, at disse kemiske reaktioner kan vendes mange gange. Lithium-ion-batterier kommer i mange former og størrelser og bruges i så forskellige applikationer som forbrugerelektronik og elektriske køretøjer. Det er klart, at lithium-ion-batterierne i en EV er meget større end dem, du måske finder i din smartphone, men de fungerer stadig efter de samme principper.
En af de største fordele ved lithium-ion-batterier er deres store energitæthed, hvilket gør dem relativt lette sammenlignet med andre batteriteknologier. Producenter skal være forsigtige, når de designer og implementerer lithium-ion-batterier i deres enheder, fordi hvis anoden og katoden skulle udsættes for hinanden, kan disse batterier gennemgå kemiske reaktioner, der kan forårsage brande eller endda små eksplosioner.
Selvom lithium-ion-batterier gør et fantastisk stykke arbejde med at drive elbiler, står de over for en udfordring i den kommende solid-state batteri. Det er stadig uvist, om solid-state-batterier kan forbedres nok til at se mainstream-brug i en større bilproducents EV-serie.
Hvordan virker et lithium-ion-batteri?
Det grundlæggende lithium-ion-batteri udnytter kemien i dets materialer. Disse batterier har lithium, et metal, der gerne vil miste en elektron, og danner lithium-ioner, hvor batteriet får sit navn. Disse batterier er sammensat af en positiv elektrode kaldet katoden, som har en metaloxid (kobolt er et almindeligt valg). Disse batterier har også en negativ elektrode kaldet anoden, som almindeligvis er lavet af grafit, og grafitten tillader lithium at intercalere mellem det.
Mellem katoden og anoden letter en flydende elektrolyt lithium-ion bevægelse fra anoden til katoden. Batteriet har også en porøs separator, som er afgørende for at opretholde batterisikkerheden, da den forhindrer anoden og katoden i at komme i direkte kontakt med hinanden. Hvis de to elektroder på batteriet skulle komme i direkte kontakt, ville resultatet være katastrofalt. Når et lithium-ion-batteri driver en enhed, mister det lithium, der er indskudt i den grafitholdige anode, en elektron.
Denne proces skaber lithium-ioner såvel som en fri elektron. Lithiumionerne bevæger sig fra anoden til katoden via elektrolytten og den porøse separator. Mens lithium-ionerne bevæger sig gennem separatoren, tager elektronerne en anden vej, der fører dem gennem den elektroniske enhed, der skal strømforsynes. Når de krydser enheden, ender elektronerne ved katoden. Når batteriet skal genoplades, starter processen stort set forfra, men omvendt.
Det er derfor, lithium-ion-batterier er så gode til brug i elbiler, da processen kan gentages mange gange. Når du oplader dit lithium-ion batteri, tvinger opladeren elektroner ud af katoden, hvilket giver en strøm af elektroner ind i anoden. Dette får hele den kemiske proces, der fandt sted, mens batteriet blev afladet, til at vende, hvor lithium-ionerne forlader katoden og går tilbage til anoden. Når opladningsprocessen er afsluttet, er batteriet klar til at gå igen.
EV-batteriteknologi vil fortsætte med at blive bedre
EV-batterier giver allerede elektriske køretøjer en forbløffende rækkevidde, og de kan bruges mange gange. Men der er stadig mange ting at forbedre med hensyn til denne teknologi, især hvordan EV-batterier genbruges, når de når slutningen af deres brugbare levetid. Det er stadig uvist, om lithium-ion-teknologi holdes længe nok til at se monumentale forbedringer eller erstattes helt med lovende teknologi som solid-state batterier.