Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ



OCEŃ
5.0

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.

Akumulator litowo-jonowy 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.

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.

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.

Jednak możliwości akumulatorów niklowo-wodorkowych (stosowanych np. w autach hybrydowych, jak Toyota Prius) zostały już wykorzystane w pełni. Rozwój technologii jest natomiast możliwy w wypadku akumulatorów litowo-jonowych. Lit jest przecież najlżejszym pierwiastkiem, który na dodatek pod względem szeregu napięciowego ma najwyższy ujemny potencjał oraz napięcie komórkowe (czyli pojedynczego ogniwa) o wartości 3,6 wolta - trzy razy większe niż w akumulatorach niklowo-wodorkowych. Jednak metal alkaliczny jakim jest lit ma wadę polegającą na wchodzeniu w naturalne reakcje. Unikać jak ognia trzeba już samego kontaktu z płynnym elektrolitem. Dlatego w celkach akumulatora nie stosuje się metalicznego litu, a proces ładowania i wyładowywania akumulatora polega na przepływie jego jonów. Wykorzystują one elektrody jak strukturę macierzystą, w której na zmianę się zagnieżdżają.

Akumulatory litowo-jonowe są bardzo wrażliwe na temperaturę - zarówno przy tych ujemnych, jak i na skutek zbyt dużego nagrzania może dojść do samozapłonu. Dlatego akumulatory stosowane w samochodach muszą być obsługiwane przez pokładową klimatyzację, by pracowały w przedziale od 25° do 40° C. Nawet pięciostopniowa różnica temperatur między poszczególnymi celkami akumulatora może znacznie skrócić trwałość całego systemu.

Ponieważ stopień naładowania i cykl ładowania to czynniki o decydującym znaczeniu dla trwałości akumulatora, każda celka z osobna musi być elektronicznie kontrolowana i traktowana indywidualnie. W odróżnieniu od tych stosowanych w laptopach czy telefonach komórkowych, trwałość akumulatorów w samochodach elektrycznych czy hybrydowych musi wynosić co najmniej 10 lat. Toyota podnosi nawet poprzeczkę do lat 15. "Nikt nie zgodzi się na wymianę akumulatora, który kosztuje tyle co mały samochód, już po kilku latach" - twierdzi Herbert Kohler, inżynier Daimlera. Żeby mogły utrzymać się na rynku, musiałyby kosztować mniej niż 300 euro/kWh, co na razie nie jest możliwe.

Mimo burzliwego rozwoju technologii, euforia w sprawach "samochodów na baterie" nie jest więc wskazana, a ograniczeniem może być już sama ilość wydobywanego litu - dzisiaj jest to 20 000 ton rocznie.

Tekst: Klaus-Ulrich Blumenstock

zobacz galerię

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    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.
    auto motor i sport, 2009-06-02 15:53:04
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij