Akumulatory litowo-jonowe – cząstki elementarne

Jazda z prądem. Nie byłoby seryjnych samochodów elektrycznych, gdyby nie akumulatory litowo-jonowe, które z telefonów komórkowych trafiły pod karoserie. Oto jak działa ten elektryczno-chemiczny magazyn energii.

Gdyby nie kłopoty z bateriami elektrycznymi, silniki spalinowe panów Otto i Diesla być może nigdy nie zrobiłyby kariery. Już przed 100 laty obaj wynalazcy dobrze zdawali sobie sprawę, że silniki elektryczne są dużo wydajniejsze, był tylko kłopot z dostarczaniem do nich stałej porcji energii. Na dodatek matka natura zgromadziła przez miliony lat w każdym kilogramie ropy 12 000 watogodzin energii (Wh), podczas gdy w jednym kilogramie baterii ołowiowej jest tylko 50 watogodzin energii. Nie dawało to wyboru - benzyna i olej napędowy podbiły świat samochodów.

Zobacz również

• Nowe akumulatory dla hybryd
• Szkrzynia DSG - koncert na 2 sprzęgła
• Eksperymenty w Formule 1
• Oleje w silnikach F1 – technika w płynie
• Aerodynamika – cięcie powietrza

Galeria

Akumulatory litowo-jonowe Forda i firmy Magna są o 30% mniejsze i o 50% lżejsze niż stosowane dziś niklowo-wodorkowe. Żeby były też tańsze, trzeba by ich produkować trzy miliony rocznie.

Na razie wygląda to na prowizorkę, ale Ford chce wprowadzić do sprzedaży modele z napędem elektrycznym w latach 2010-2012.

Każdy akumulator składa się z trzech elementów: dwóch elektrod i znajdującego się pomiędzy nimi elektrolitu płynnego lub stałego, w którym przepływ jonów jest swobodny. Z kolei separator uniemożliwia swobodne poruszanie się elektronów, zapobiegając zwarciu, jakie mogłoby powstać między elektrodami. Elektrolit natomiast jest właściwym elektrochemicznym magazynem energii. Dzięki procesom chemicznym, które zachodzą pomiędzy elektrolitem a elektrodamii energia elektryczna jest magazynowana podczas ładowania i uwalniana, gdy akumulator się rozładowuje zasilając jednostkę napędową.

Jakie substancje nadają się najlepiej do zastosowania w akumulatorach? Teoretyczną odpowiedź przynosi elektrochemiczne zjawisko występowania różnic w potencjałach pomiędzy różnymi metalami. Polega ono na tym, że jeśli zanurzyć dwa różne metale w elektrolicie, to - zależnie od ich miejsca w układzie okresowym pierwiastków - powstaje między nimi różnica potencjałów. Teoretycznie najlepiej byłoby wykorzystywać pierwiastki najbardziej od siebie oddalone pod względem szeregu napięciowego. Na przeszkodzie stają jednak zjawiska chemiczne zachodzące nawet w nieaktywnych elementach akumulatora. W praktyce wciąż trzeba szukać najlepszej kombinacji składników. W akumulatorach niklowo-wodorkowych anoda zrobiona jest np. ze stopu niklu i pierwiastków ziem rzadkich, katoda z wodorotlenku niklu, a podstawowym składnikiem elektrolitu jest ług potasowy.

12