Nyt kun sähköautot valtaavat tiemme, yhä useammat ihmiset ovat kiinnostuneita näiden ajoneuvojen takana olevasta tekniikasta. Sähköautoissa on paljon jännittävää tekniikkaa. Nykypäivän sähköajoneuvoista löydät kaiken regeneratiivisista jarruista kehittyneeseen pikalataukseen.
Mutta sähkömoottoreiden lisäksi sähköauton tärkein komponentti on sen akku. Useimpien sähköautojen litiumakku on myös yksi sähköauton kiistanalaisimmista osista. Lue eteenpäin saadaksesi selville, kuinka sähköajoneuvojen litiumioniakut auttavat viemään näitä edistyksellisiä koneita eteenpäin.
Miksi litiumioniakut ovat tärkeitä?
Litiumioniakut ovat sähköajoneuvojen vallankumouksen ytimessä. Nämä akut tarjoavat suuren energiatiheyden, etenkin verrattuna lyijyakut, jotka ovat paljon raskaampia, jos haluat saada vastaavan kapasiteetin. Litiumioniakut ovat ihanteellisia käytettäväksi myös sähköautoissa, koska ne voidaan ladata monta kertaa uudelleen, mikä on välttämätön käytettäväksi sähköajoneuvoissa, jotka vaativat pitkiä lataus-/latausjaksoja käyttöikänsä aikana. Toinen syy, miksi litiumioniakut ovat kaikkialla uutisissa, johtuu näiden akkujen louhinnan aiheuttamista ympäristövaikutuksista.
Sähköauton käyttöiän aikana sähköautot ovat erittäin puhtaita, koska sen pakokaasupäästöt ovat nolla. Sähköajoneuvojen litiumioniakkuihin menevien materiaalien louhinnan ensimmäinen vaikutus on kuitenkin kallista ympäristölle. Ei vain tämä, vaan monet ihmiset ovat huolissaan olosuhteista, joita monet näiden kaivosten työntekijät kohtaavat päivittäin. Tämän vuoksi näiden materiaalien kierrätys on valtava prioriteetti monille sähköautojen valmistukseen aktiivisesti osallistuville autoyrityksille.
Mikä on litiumioniakku?
Litiumioniakussa on kennoja, jotka sisältävät positiivisen katodin ja negatiivisen anodin. On myös elektrolyytti, joka erottaa nämä kaksi kerrosta, ja kemiallisten reaktioiden avulla, jotka vapauttavat elektroneja, akku voi tarjota sähköenergiaa mihin tahansa se on kytketty. Kennojen määrä määrittää akun kapasiteetin kilowattitunteina mitattuna. Litiumioniakun tapauksessa litium on yksi tärkeimmistä akun sisältämistä komponenteista, ja tämä johtuu siitä, että litium on erittäin valmis luopumaan elektroni.
Anodissa ja katodissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden ansiosta litiumioniakku voidaan ladata ja purkaa monta kertaa. Tämä johtuu siitä, että nämä kemialliset reaktiot voidaan kääntää monta kertaa. Litiumioniakkuja on useita muotoja ja kokoja, ja niitä käytetään erilaisissa sovelluksissa, kuten kulutuselektroniikassa ja sähköajoneuvoissa. On selvää, että sähköauton litiumioniakut ovat paljon suurempia kuin älypuhelimesi akut, mutta ne toimivat silti samoilla periaatteilla.
Yksi litiumioniakkujen suurimmista eduista on niiden suuri energiatiheys, mikä tekee niistä suhteellisen kevyitä muihin akkutekniikoihin verrattuna. Valmistajien on huolehdittava litiumioniakkujen suunnittelusta ja käyttöönotosta laitteisiinsa, koska jos anodi ja katodit altistuvat toisilleen, nämä akut voivat käydä läpi kemiallisia reaktioita, jotka voivat aiheuttaa tulipalon tai jopa pieniä räjähdyksiä.
Vaikka litiumioniakut tekevät hämmästyttävää työtä sähköautojen tehostamiseksi, ne kohtaavat haasteen tulevassa solid-state akku. Nähtäväksi jää, voidaanko solid-state-akkuja parantaa tarpeeksi, jotta suuren autonvalmistajan sähköautojen mallisto saataisiin yleiseen käyttöön.
Kuinka litiumioniakku toimii?
Litiumioniakku hyödyntää materiaaliensa kemiaa. Näissä akuissa on litiumia, metallia, joka haluaa menettää elektronin, muodostaen litiumioneja, mistä akku saa nimensä. Nämä akut koostuvat katodiksi kutsutusta positiivisesta elektrodista, jossa on metallioksidia (koboltti on yleinen valinta). Näissä akuissa on myös negatiivinen elektrodi, nimeltään anodi, joka on yleensä valmistettu grafiitista, ja grafiitti mahdollistaa litiumin interkaloitumisen sen väliin.
Katodin ja anodin välissä nestemäinen elektrolyytti helpottaa litiumionien liikettä anodilta katodille. Akussa on myös huokoinen erotin, joka on elintärkeä akun turvallisuuden ylläpitämiseksi, koska se estää anodin ja katodin joutumasta suoraan kosketukseen toistensa kanssa. Jos akun kaksi elektrodia joutuisivat suoraan kosketukseen, tulos olisi katastrofaalinen. Kun litiumioniakku antaa virtaa laitteelle, grafiittia sisältävään anodiin interkaloitunut litium menettää elektronin.
Tämä prosessi luo litiumioneja sekä vapaan elektronin. Litiumionit siirtyvät anodilta katodille elektrolyytin ja huokoisen erottimen kautta. Kun litiumionit liikkuvat erottimen läpi, elektronit kulkevat eri reittiä, joka johtaa ne sähkölaitteen läpi, joka tarvitsee virtaa. Kun ne kulkevat laitteen läpi, elektronit päätyvät katodille. Kun akku on ladattava, prosessi alkaa periaatteessa alusta, mutta päinvastoin.
Tästä syystä litiumioniakut sopivat erinomaisesti käytettäväksi sähköautoissa, koska prosessi voidaan toistaa monta kertaa. Kun lataat litiumioniakkua, laturi pakottaa elektronit ulos katodista, jolloin elektronit virtaavat anodille. Tämä saa aikaan koko kemiallisen prosessin, joka tapahtui akun purkautuessa, päinvastaiseksi, jolloin litiumionit poistuvat katodista ja palaavat anodille. Kun latausprosessi on valmis, akku on jälleen käyttövalmis.
Sähköajoneuvojen akkuteknologian kehittyminen jatkuu
Sähköajoneuvot tarjoavat jo nyt hämmästyttävän kantomatkan sähköajoneuvoihin, ja niitä voidaan käyttää moninkertaisesti. Tässä tekniikassa on kuitenkin vielä paljon parannettavaa, erityisesti sähköautojen akkujen kierrätys, kun ne saavuttavat käyttöikänsä lopussa. Nähtäväksi jää, säilytetäänkö litiumionitekniikkaa riittävän pitkään, jotta voidaan nähdä monumentaalisia parannuksia, vai korvataanko se kokonaan lupaavilla tekniikoilla, kuten solid-state-akuilla.