Nüüd, mil EV-d võtavad meie teed üle, tunneb üha rohkem inimesi nende sõidukite taga oleva tehnoloogia vastu huvi. EV-del on palju põnevat tehnoloogiat. Tänapäeva elektrisõidukitest leiate kõike alates regeneratiivpiduritest kuni täiustatud kiirlaadimiseni.
Kuid peale elektrimootorite on EV kõige olulisem komponent selle aku. Enamiku EV-de liitiumaku on ka elektrisõiduki üks vastuolulisemaid osi. Lugege edasi, et teada saada, kuidas elektrisõidukite liitiumioonakud aitavad neid täiustatud masinaid edasi lükata.
Miks on liitiumioonakud olulised?
Liitiumioonakud on elektrisõidukite revolutsiooni keskmes. Need akud pakuvad suurt energiatihedust, eriti võrreldes pliiakud, mis on palju raskemad, kui soovite saada võrreldavat võimsust. Liitiumioonakud sobivad ideaalselt ka elektrisõidukites kasutamiseks, kuna neid saab korduvalt laadida, mis on hädavajalik kasutamiseks elektrisõidukites, mis nõuavad oma kasutusea jooksul pikki laadimis-/laadimistsükleid. Teine põhjus, miks liitium-ioonakud on kõikjal uudistes, on nende akude kaevandamise põhjustatud keskkonnamõju.
Elektriautode eluea jooksul on selle väljalasketoru nullheite tõttu elektriautod väga puhtad. Kuid elektrisõidukite liitiumioonakudesse kuuluvate materjalide kaevandamise esialgne mõju on keskkonnale kulukas. Mitte ainult see, vaid paljud inimesed muretsevad tingimuste pärast, millega paljud nende kaevanduste töötajad igapäevaselt kokku puutuvad. Seetõttu on nende materjalide ringlussevõtt paljude elektrisõidukite tootmisega aktiivselt tegelevate autoettevõtete jaoks tohutu prioriteet.
Mis on liitiumioonaku?
Liitium-ioonaku sisaldab elemente, mis sisaldavad positiivset katoodi ja negatiivset anoodi. Samuti on olemas elektrolüüt, mis eraldab need kaks kihti ja elektrone vabastavate keemiliste reaktsioonide kaudu saab aku anda elektrienergiat kõigele, millega see on ühendatud. Elementide arv määrab aku võimsuse, mõõdetuna kWh-des. Liitiumioonaku puhul on liitium üks olulisemaid akus sisalduvaid komponente ja seda seetõttu, et liitium on väga valmis loobuma elektron.
Anoodil ja katoodil toimuvate keemiliste reaktsioonide kaudu saab liitiumioonakut mitu korda laadida ja tühjendada. See on tingitud asjaolust, et neid keemilisi reaktsioone saab mitu korda tagasi pöörata. Liitiumioonakusid on erineva kuju ja suurusega ning neid kasutatakse sellistes erinevates rakendustes nagu olmeelektroonika ja elektrisõidukid. Ilmselgelt on elektrisõidukite liitium-ioonakud palju suuremad kui nutitelefonis leiduvad akud, kuid need töötavad siiski samadel põhimõtetel.
Liitium-ioonakude üheks suurimaks eeliseks on nende suur energiatihedus, mis muudab need teiste akutehnoloogiatega võrreldes suhteliselt kergeks. Tootjad peavad liitiumioonakude projekteerimisel ja oma seadmetesse rakendamisel olema ettevaatlikud, sest kui anood ja Katoodid puutuvad kokku, võivad need akud läbida keemilisi reaktsioone, mis võivad põhjustada tulekahjusid või isegi väikeseid tulekahjusid plahvatused.
Kuigi liitium-ioonakud teevad elektrisõidukite toitamisel hämmastavat tööd, seisavad nad eelseisvas väljakutses tahkis-aku. Jääb veel näha, kas pooljuhtakusid saab piisavalt täiustada, et näha tavakasutust suure autotootja EV-sarjas.
Kuidas liitiumioonaku töötab?
Põhiline liitiumioonaku kasutab ära oma materjalide keemiat. Nendel akudel on liitium, metall, mis soovib kaotada elektrone, moodustades liitiumioone, kust aku ka oma nime saab. Need akud koosnevad positiivsest elektroodist, mida nimetatakse katoodiks ja millel on metalloksiid (koobalt on tavaline valik). Nendel akudel on ka negatiivne elektrood, mida nimetatakse anoodiks, mis on tavaliselt valmistatud grafiidist ja grafiit võimaldab liitiumil selle vahele interkaleerida.
Katoodi ja anoodi vahel hõlbustab vedel elektrolüüt liitiumioonide liikumist anoodilt katoodile. Akul on ka poorne eraldaja, mis on aku ohutuse tagamiseks ülioluline, kuna see hoiab ära anoodi ja katoodi otsese kokkupuute. Kui aku kaks elektroodi peaksid otse kokku puutuma, oleks tulemus katastroofiline. Kui liitiumioonaku toidab seadet, kaotab grafiiti sisaldavasse anoodi interkaleerunud liitium elektroni.
Selle protsessi käigus tekivad liitiumioonid ja ka vaba elektron. Liitiumioonid liiguvad elektrolüüdi ja poorse separaatori kaudu anoodilt katoodile. Sel ajal, kui liitiumioonid liiguvad läbi separaatori, lähevad elektronid teistsugusele teele, mis viib nad läbi toidet vajava elektroonilise seadme. Kui nad seadme läbivad, jõuavad elektronid katoodile. Kui akut on vaja laadida, algab protsess põhimõtteliselt otsast peale, kuid vastupidi.
Seetõttu on liitiumioonakud elektrisõidukites kasutamiseks nii suurepärased, kuna protsessi saab mitu korda korrata. Liitiumioonaku laadimisel sunnib laadija elektronid katoodist välja, tagades elektronide voolu anoodile. See põhjustab kogu keemilise protsessi, mis toimus aku tühjenemise ajal, pöördumise, liitiumioonid lahkuvad katoodilt ja lähevad tagasi anoodile. Pärast laadimisprotsessi lõppu on aku taas kasutamiseks valmis.
EV akutehnoloogia paraneb jätkuvalt
Elektrisõidukite akud pakuvad juba praegu elektrisõidukitele hämmastavat sõiduulatust ja neid saab kasutada mitu korda. Kuid selle tehnoloogiaga seoses on veel palju asju, mida parandada, eriti seda, kuidas elektrisõidukite akusid taaskasutatakse, kui nende kasutusiga on lõppenud. Jääb veel näha, kas liitiumioontehnoloogiat hoitakse piisavalt kaua, et näha monumentaalseid täiustusi, või asendatakse see üldse paljulubava tehnoloogiaga, nagu tahkisakud.