Czy akumulatory litowo-jonowe będą napędzać samochody?

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 1234
  • 49
Galeria zdjęć: samochody hybrydowe Chevrolet Volt, hybryda typu plug-in, zaprojektowana do jazdy do 40 mil z akumulatorem litowo-jonowym. Zobacz więcej zdjęć samochodów hybrydowych. Alex Wong / Getty Images

Postęp w kierunku samochodów hybrydowych i elektrycznych wydaje się naturalnym krokiem w ewolucji technologii samochodowej. Analitycy nie przewidują spadku cen ropy i benzyny w najbliższym czasie, skutecznie wrzucając producentów samochodów na wyższy bieg, aby znaleźć kolejny najlepszy sposób na napędzanie pojazdów. Czy ostatnie samochody koncepcyjne ujawnione przez głównych producentów samochodów są dokładnymi przewidywaniami, Baterie litowo-jonowe (Litowo-jonowy) może ta magiczna kula.

Weźmy na przykład plik Chevrolet Volt. Jest to koncepcyjny samochód hybrydowy typu plug-in firmy General Motors, zaprojektowany do jazdy na dystansie 40 mil (64,3 kilometra) całkowicie z wykorzystaniem akumulatorów litowo-jonowych. Następnie mały silnik gazowy przejmie kolejne 600 mil (965 kilometrów). Oznacza to, że wiele osób może ukończyć codzienne dojazdy bez spalenia kropli gazu. Ponadto firma planuje zacząć je masowo produkować do 2010 roku.

Niektóre akumulatory litowo-jonowe można naładować, podłączając samochód do gniazdka elektrycznego. VisionsofAmerica / Joe Sohm / Getty Images

A Chevrolet nie jest jedyny w trendach Li-ion. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler i Saturn - wszystkie zapowiedziane samochody koncepcyjne na rok 2008 wyposażone w akumulatory litowo-jonowe zapewniające bardziej ekologiczną jazdę [źródło: Mahoney].

Po co to przede wszystkim łaknienie akumulatorów litowo-jonowych? Toyota Prius i dwie nowe hybrydy, które firma zaprezentowała w czerwcu 2008 roku, wykorzystują akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy. Zgodnie z najnowszymi standardami EPA, Prius dostaje łącznie 46 mil na galon - nie wspominając o tym, że sprzedawał się jak ciepłe bułeczki. [źródło: fueleconomy.gov].

Ale pod względem energetycznym akumulatory litowo-jonowe po prostu mają mocniejszy cios. Akumulatory litowo-jonowe magazynują więcej energii w mniejszych przestrzeniach niż bardziej tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe i niklowo-wodorkowe. Lit ma największą gęstość energii i potencjał elektrochemiczny ze wszystkich metali, co zapewnia mu tę wytrzymałość [źródło: Buchmann]. Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe w hybrydach na drogach są również ciężkie, co ogranicza ich potencjał, podczas gdy akumulatory litowo-jonowe mogą zwiększać prędkość bez obciążania samochodu. Ze względu na tę właściwość można znaleźć ich mniejsze wersje w wielu produktach elektroniki użytkowej, takich jak laptopy, telefony komórkowe i iPody..

Ale jest kilka przeszkód na drodze, aby akumulatory litowo-jonowe stały się benzyną jutra, a mianowicie bezpieczeństwo, koszty i długowieczność. Na następnej stronie omówimy kwestie bezpieczeństwa.

-

Akumulatory litowo-jonowe i ogniwa mają różne kształty i rozmiary, ale wszystkie są podobne. Sprawdź, jak wyglądają paczki i ogniwa w środku.

Pamiętasz, jak laptopy stanęły w płomieniach w 2006 roku? To był akumulator litowo-jonowy.

Przypadkowe eksplozje spowodowane przegrzaniem nie były powszechnym problemem, niemniej jednak producent baterii litowo-jonowych Sony, który wypuścił na rynek pierwszą komercyjną baterię litowo-jonową w 1991 roku, musiał z tego powodu wycofać ponad 6 milionów komputerów [źródło: Lamb ].

Akumulatory litowo-jonowe i ogniwa mają różne kształty i rozmiary, ale wszystkie są podobne. Sprawdź, jak wyglądają paczki i ogniwa w środku.

W ciągu kilku lat, które upłynęły od tego czasu, akumulator litowo-jonowy nie odzyskał całkowicie reputacji bezpieczeństwa. Teraz możesz zobaczyć, dlaczego wkładanie go do samochodu sprawia, że ​​niektórzy są trochę zdenerwowani.

Dlaczego jest szansa na eksplozję? Baterie litowo-jonowe działają poprzez oddzielenie ich dodatnich i ujemnych stron cienką warstwą, zwaną elektrolit. Elektrolit jest perforowany, aby umożliwić przechodzenie jonów litu z jednej strony komory na drugą, generując w ten sposób prąd. Drobne kawałki metalu powstałe w procesie produkcyjnym mogą potencjalnie utknąć w tych perforacjach, uniemożliwiając swobodny przepływ jonów. Następnie może wzrosnąć ciśnienie i ciepło, powodując wybuch. Ponadto pozwolenie jonom na zbyt szybki ruch może również prowadzić do przegrzania.

Więc jak to wszystko elektryczne Tesla Roadster uda Ci się spakować pod maskę 6831 akumulatorów litowo-jonowych bez ryzyka poważnego wybuchu? System magazynowania energii Tesli napędzający samochód jest wyposażony w układ chłodzenia, który zapewnia, że ​​akumulatory nie przegrzewają się. Reguluje również prędkość przepływu jonów, aby zapobiec ich ponownemu naładowaniu lub zbyt szybkiemu spłynięciu.

Odkąd koncerny samochodowe i naukowcy zdają sobie sprawę z szerokiego potencjału akumulatorów litowo-jonowych, poświęcili czas i pieniądze na znalezienie sposobów zmniejszenia zagrożeń dla bezpieczeństwa. Na przykład, nanotechnologia, badanie atomów i nanostruktur może być w stanie zapobiec tym niebezpiecznym wybuchom. Nowe nanomateriały, takie jak nanofosforan, nie są podatne na zwarcia, jak grafit, tradycyjny elektrolit litowo-jonowy [źródło: Peter].

A skoro mowa o czasie i pieniądzach, zanim akumulatory litowo-jonowe wejdą w świat motoryzacji konsumenckiej, muszą być tańsze i trwalsze. Dowiedz się, dlaczego i jak na następnej stronie.

Samochody elektryczne z przeszłości

Dzisiejsze dążenie do samochodów elektrycznych jest bardziej odrodzeniem niż rewolucją. W rzeczywistości wózki elektryczne istniały na początku XIX wieku, na długo przed pojawieniem się silnika spalinowego. W naszych czasach zarówno Toyota, jak i General Motors wyszły z modelami samochodów elektrycznych pod koniec lat 90., które ostatecznie wycofały z produkcji.

GM EV-1: General Motors wypuścił niewielką liczbę tych elektrycznych sedanów w 1996 roku, ale tylko do leasingu. Wyciągnął wszystkie modele w 2003 roku po wydaniu 1 miliarda dolarów na rozwój [źródło: CBS News]. Magazyn TIME nazwał go również jednym z „50 najgorszych samochodów wszechczasów” ze względu na jego ograniczony zasięg i wysokie koszty produkcji [źródło: TIME].

Toyota RAV4-EV: elektryczna wersja znanego SUV-a RAV. Podobnie jak EV-1, Toyota przestała produkować ten model w 2003 roku. Według firmy, samochód był konserwowany ze względu na powolną sprzedaż i niepraktyczne działanie zużywającego energię akumulatora, którego wymiana kosztowała więcej niż cały pojazd [źródło: Toyota].

Gładka Tesla sprzedaje za ponad 100 000 dolarów, częściowo ze względu na wysokie ceny akumulatorów litowo-jonowych. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

Tesla Roadster może przejechać równowartość 256 mil na galon. Po prostu podłącz go na noc i możesz przejechać do 250 mil (402 km) bez zatrzymywania się przy stacji benzynowej. Ale jest haczyk - model z 2009 roku kosztuje ponad 100 000 dolarów.

Częścią tej wysokiej ceny jest elegancki, sportowy design i udogodnienia oraz moc pozwalająca na przyspieszenie od zera do 60 mil na godzinę w mniej niż cztery sekundy - to przyspieszenie, które należy do najlepszych samochodów sportowych z silnikiem benzynowym. Ale ta moc nie jest tania. W rzeczywistości akumulatory litowo-jonowe są około cztery do pięciu razy droższe niż akumulatory niklowo-wodorkowe [źródło: Popely]. Ponieważ pakiety przystosowane do samochodów mogą kosztować od 10 000 do 15 000 dolarów każdy, znalezienie tańszej alternatywy będzie główną przeszkodą dla firm samochodowych, które chcą je sprzedawać [źródło: Popely].

Występuje również problem z żywotnością baterii. Podobnie jak baterie AA, które wkładasz do pilota telewizora, baterie litowo-jonowe w końcu umierają. Nawet jeśli ich nie używasz, zaczną się degradować, gdy tylko zostaną stworzone. Możesz je ładować, ale tylko ograniczoną liczbę razy. To tak, jakby próbować napełnić dzban wody z maleńkim otworem, który z każdym użyciem staje się coraz większy.

Mierzymy żywotność baterii w cyklu życia lub ile razy można ją rozładować, naładować i ponownie użyć. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych rozpoczęcie od całkowicie naładowanego w 100% akumulatora zapewni dłuższy indywidualny cykl życia, ale zmniejszy całkowitą liczbę cykli, które można z niego uzyskać. Z tego powodu Tesla Roadster nie pozwala na doładowanie więcej niż 95 procent pierwotnej mocy lub spuszczenie jej do mniej niż 2 procent [źródło: Eberhard i Straubel]. Ponadto firma przewiduje, że akumulator wytrzyma 100 000 mil, czyli pięć lat. W tym momencie musiałbyś wymienić baterię.

Podobnie jak w przypadku kwestii bezpieczeństwa, naukowcy szukają trwalszej alternatywy litowej. Po raz kolejny nanotechnologia wydaje się być liderem w pakiecie potencjalnych rozwiązań. Jedna firma, Altair Nanotechnologies, ogłosiła w 2006 r., Że znalazła nowy materiał, który będzie znacznie trwalszy niż akumulatory litowo-jonowe i będzie się ładował szybciej za tę samą cenę, zwany tytanianem litu [źródło: Bullis]. Kanadyjska firma samochodowa Phoenix Motorcars wykorzystuje akumulatory litowo-tytanowe w swojej linii samochodów elektrycznych o zasięgu ponad 100 mil.

Toshiba wypuściła również początkowo szybko ładujący się akumulator litowo-jonowy do rowerów i pojazdów budowlanych, który ostatecznie chce przetestować w samochodach [źródło: MSNBC]. W czerwcu 2008 r. Toyota ogłosiła również plany połączenia sił z firmą produkującą obecne akumulatory hybrydowe w celu opracowania akumulatorów litowo-jonowych do 2009 r. [Źródło: Kim].

Przy tak dużej ilości energii przeznaczonej na rozwój akumulatorów litowo-jonowych istnieje duże prawdopodobieństwo, że w najbliższej przyszłości mogą one zasilać nasze samochody. Aby uzyskać więcej informacji o samochodach jutra i informacje pokrewne, skorzystaj z linków na następnej stronie.

-

Powiązane artykuły

  • Quiz Corner: Battery Quiz
  • Jak działają samochody elektryczne
  • Jak działają ogniwa paliwowe
  • Jak działają samochody hybrydowe
  • Jak działa inteligentny samochód
  • Jak działa hybryda Aptera
  • Jak działa iQ Car
  • Jak działają ceny gazu

Więcej świetnych linków

  • FuelEconomy.gov
  • Chevrolet Volt
  • Tesla Motors

Źródła

  • Buchmann, Isidor. „Czy litowo-jonowy to idealny akumulator?” Uniwersytet Baterii. Zaktualizowano w listopadzie 2006 r. (26 czerwca 2008 r.)
  • Bullis, Kevin. „Samochód litowo-jonowy”. Przegląd technologii. MIT. 24 marca 2006. (26 czerwca 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
  • Cotta, Rick. „Baterie hybrydowe: nic gorszego w zużyciu?” Przewodnik konsumenta Auto. (1 lipca 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
  • Eberhard, Martin i Straubel, JB. „Trochę o bateriach”. Tesla Motors. 30 listopada 2006. (26 czerwca 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
  • Hall, Kevin G. „Rozwój nowych baterii hybrydowych przy wysokich cenach ropy naftowej”. McClatchy Newspapers. 8 czerwca 2008 r. (26 czerwca 2008 r.) Http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
  • Kim, Chang-Ran. „Toyota rozpocznie produkcję akumulatorów litowo-jonowych w 2009 r.” 11 czerwca 2008 r. (26 czerwca 2008 r.) Http://www.boston.com/news/world/asia/articles/2008/ 06/11 / toyota_to_start_lithium_ion_battery_output_in_2009 /
  • Lamb, Gregory M. „Poszukiwanie lepszej baterii zapewnia ciągłość pracy”. Christian Science Monitor. 18 września 2006. (26 czerwca 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
  • LaReau, Jamie. „GM Lutz rozmawia o bateriach litowo-jonowych, samochodach i Toyocie”. Wiadomości motoryzacyjne. 19 listopada 2007.
  • Mahoney, Patrick G. „Samochody koncepcyjne w innym kolorze… Zielone”. Projekt maszyny. 10 kwietnia 2008. (26 czerwca 2008)
  • Personel MSNBC. „Przełomowa bateria do samochodów elektrycznych?” MSNBC. 13 grudnia 2007. (26 czerwca 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
  • Peter, Tom A. „Technologia akumulatorów zaczyna doganiać zaawansowane technologie”. Christian Science Monitor. 15 marca 2007. (26 czerwca 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
  • Popely, Rick. „Trwa wyścig samochodów z zasilaniem akumulatorowym: pomimo aktualnych kosztów i obaw dotyczących bezpieczeństwa, producenci samochodów postrzegają wtyczki i hybrydy jako remedium na przyszłą benzynę o wartości 5 USD za galon”. McClatchy - Tribune Business News. 18 czerwca 2008. (26 czerwca 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story



Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa