Kompendium wiedzy

A
Wróć do listy haseł chevron_right

Akumulatory

Akumulatory litowo-jonowe (ang. Li-Ion batteries), powszechnie stosowane w EV, to akumulatory elektryczne, w których jedna z elektrod jest wykonana z porowatego węgla, a druga z tlenków metali. Rolę elektrolitu pełni ciecz zawierająca sole litowe rozpuszczone w mieszaninie organicznych rozpuszczalników lub ciało stałe. Akumulatory tego typu dysponują napięciem ok. 3,6 V na ogniwo. Technologia ta pozwala na skumulowanie dwa razy więcej energii niż w akumulatorach NiMH (niklowo-metalowo-wodorkowych) o tym samym ciężarze i rozmiarach. Akumulatory litowo-jonowe są lekkie, pozwalają na wielokrotne ładowanie, charakteryzują się dużą gęstością energii, brakiem efektu pamięci i znaczną odpornością na samorozładowanie.

Podczas ładowania ogniwa li-ion jony litu przemieszczają się w elektrolicie z węglowej anody do katody zbudowanej z tlenku litu oraz innego metalu i są tam magazynowane. Podczas, gdy ogniwo zasila dane urządzenie np. silnik samochodu elektrycznego, jest stopniowo rozładowywane, a jony przepływają w odwrotnym kierunku dostarczając energię elektryczną.

Ogniwa litowo-jonowe wykorzystuje się powszechnie w telefonach komórkowych, laptopach, dronach, elektronarzędziach, powerbankach i innych elektronicznych urządzeniach przenośnych. Baterie li-ion są stosowane również m.in. w sektorze lotniczym oraz wojskowym. Rozwój elektromobilności spowodował gwałtowny wzrost popytu na akumulatory tego typu również w branży motoryzacyjnej.

Prototypowy akumulator litowo-jonowy został opracowany przez japońskiego profesora Akirę Yoshino w 1985 r., w oparciu o prowadzone w latach 70 i 80 badania Johna Goodenougha, Michaela Stanleya Whittinghama, Rachida Yazamiego i Koichi Mizushimy. Pierwszy akumulator li-ion przeznaczony do celów komercyjnych został opracowany przez zespół Sony i Asahi Kasei Corporation w 1991 r. W 2019 r. Yoshino, Goodenough i Whittingham zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii za rozwój technologii akumulatorów li-ion.

Pierwszym producentem z sektora motoryzacyjnego, który wprowadził na rynek całkowicie elektryczny samochód wyposażony w akumulatory litowo-jonowe została Tesla z modelem Roadster, który zadebiutował w sprzedaży w 2008 r. Od tamtego czasu ogniwa li-ion stały się standardem w pojazdach w pełni elektrycznych (BEV) oraz hybrydach typu plug-in (PHEV).

Akumulator trakcyjny pojazdu z napędem elektrycznym składa się z ogniw litowo-jonowych. Każde z nich zbudowane jest z katody, anody, elektrolitu oraz z separatora. Baterie li-ion mogą się bardzo różnić składem chemicznym katody, co wpływa na ich parametry. Najpopularniejszym związkami wykorzystywanymi w budowie ogniw li-ion są tlenek litowo-kobaltowy (LiCoO2), tlenek litowo-manganowy (LiMn2O4), tlenek

Rodzaje ogniw litowo-jonowych stosowanych w samochodach z napędem elektrycznym
kompendium types

Pogrupowane równolegle lub szeregowo ogniwa litowo-jonowe tworzą akumulator trakcyjny samochodów z napędem elektrycznym, który stanowi źródło energii elektrycznej prądu stałego. Prąd stały za pomocą falownika jest zmieniany w prąd przemienny zasilający silnik lub silniki elektryczne. EV są wyposażane w pasywne lub aktywne systemy chłodzenia, zapobiegające przegrzewaniu się akumulatora trakcyjnego. Pojemność energetyczną baterii trakcyjnych pojazdów elektrycznych wyraża się najczęściej w kilowatogodzinach (kWh) netto lub brutto. Akumulatory EV obecnej generacji są zazwyczaj umieszczane w podłodze pojazdu. Dzięki temu pasażerowie dysponują co najmniej podobną (a zazwyczaj większą) ilością przestrzeni co w pojazdach spalinowych o porównywalnych rozmiarach zewnętrznych. Jednocześnie, bateria w podłodze wpływa na obniżenie środka ciężkości samochodu elektrycznego i poprawia stabilność jazdy. Akumulatory trakcyjne w samochodach elektrycznych dysponują napięciem od 350 do 400 woltów, co odpowiada trójfazowemu prądowi przemiennemu. Na rynku pojawiają się już jednak pierwsze modele BEV z 800 woltową instalacją elektryczną, co pozwala na ultraszybkie ładowanie baterii z wysoką mocą.

Częściowo zużyte akumulatory litowo-jonowe pojazdów elektrycznych poddaje się recyclingowi w celu odzyskania cennych surowców. Po wycofaniu z eksploatacji baterie li-ion z EV często znajdują „drugie życie” w wielu różnych zastosowaniach, przede wszystkim jako stacjonarne magazyny energii. Urządzenia tego typu mogą być instalowane np. przy stacjach ładowania zwiększając dostępną moc lub też służyć do zasilania całych obiektów jak np. uczelnie, stadiony czy osiedla mieszkaniowe. Jednocześnie, pozwalają na

Ceny baterii litowo-jonowych*
(USD/kWh)

Obecna, cena akumulatora
stanowi średnio

wartości kompaktowego
samochodu
elektrycznego

Średni udział cen baterii litowo-jonowych w kosztach nabycia
samochodu elektrycznego*

*Źródło: BloombergNEF

Na podstawie wydanego we wrześniu 2020 r. raportu „Global Lithium-Ion kompendium Supply Chain Ranking”, opracowanego przez Bloomberg NEF, globalnym liderem łańcuch dostaw akumulatorów litowo-jonowych są Chiny, Japonia oraz Korea Południowa. Pod względem produkcji samych ogniw i komponentów 5 miejsce na świecie zajmuje Polska. Obecnie w naszym kraju funkcjonuje największa w Europie fabryka akumulatorów li-ion.

Szereg koncernów motoryzacyjnych oraz podmiotów z branży technologicznej pracuje nad nowym rodzajem magazynów energii, które mogłyby zastąpić akumulatory litowo-jonowe obecnej generacji. Tzw. ogniwa ze stałym elektrolitem mają zapewniać od 2 do 3 razy większą gęstość energii niż baterie li-ion i przyczynić się do znacznego zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych na jednym ładowaniu. Dzięki wyeliminowaniu żrącego, łatwopalnego, płynnego elektrolitu pozwolą na rezygnację z wielu systemów bezpieczeństwa i chłodzenia, przyczyniając się do redukcji kosztów i intensyfikacji produkcji. Ich atutem mają być też bardziej kompaktowe rozmiary oraz lepsze przystosowanie do ładowania z wysoką mocą. Dzięki zastosowaniu akumulatorów ze stałym elektrolitem, zasięgi samochodów elektrycznych popularnych segmentów wzrosną nawet do 700-800 km na jednym ładowaniu.

Wróć do lisy haseł chevron_right