Kommer litiumjonbatterier att driva bilar?

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 1649
  • 97
Bildgalleri: Hybridbilar Chevrolet Volt, en plug-in hybrid utformad för att köra upp till 40 mil på ett litiumjonbatteri. Se fler hybridbilbilder. Alex Wong / Getty Images

En utveckling mot hybrid- och elbilar verkar vara ett naturligt steg i utvecklingen av bilteknik. Analytiker förutspår inte en nedgång i priserna på olja och ga-soline när som helst, och flyttar biltillverkarna effektivt till högväxel för att hitta nästa bästa sättet att driva fordon. Om de senaste konceptbilarna som avslöjats av stora bilproducenter är exakta förutsägare, Litiumjonbatterier (Li-ion) kan vara den magiska kulan.

Ta till exempel Chevrolet Volt. Detta är General Motors plug-in hybrid-konceptbil som är utformad för att köras på 64 mil (64,3 kilometer) sträcker sig helt utanför Li-ion-batterier. Därefter tar en liten gasmotor över 965 kilometer. Det betyder att många människor kan slutföra sin dagliga pendling utan att bränna en droppe gas. Dessutom planerar företaget att starta dem massor ut 2010.

Du kan ladda upp några litiumjonbatterier genom att ansluta bilen till ett eluttag. VisionsofAmerica / Joe Sohm / Getty Images

Och Chevrolet är inte ensam om Li-ion-trenden. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler och Saturn förhandsgranskade alla 2008 konceptbilar som har Li-ion-batteripaket för grönare körning [källa: Mahoney].

Varför denna fawning över Li-ion-batterier i första hand? Toyota Prius och två nya hybrider som företaget presenterade i juni 2008 använder ett nickel-metall-hydridbatteri. Enligt de senaste EPA-standarderna får Prius en sammanlagd 46 mil per gallon - för att inte tala om att den har sålt som hotcakes. [källa: fueleconomy.gov].

Men energimässigt packar Li-ion-batterier helt enkelt en kraftfullare stans. Li-ion-batterier lagrar mer energi i mindre utrymmen än de mer traditionella bly-syra och nickel-metall-hydrid. Litium har den mest energitätheten och elektrokemiska potentialen för alla metaller, vilket är det som ger det den uthålligheten [källa: Buchmann]. Nickel-metall-hydridbatterierna i hybrider på vägen är också tunga, vilket begränsar deras potential, medan Li-ion-batterier kan förstärka hastigheten utan att tynga bilen. På grund av den här egenskapen kan du hitta mindre versioner av dem i många konsumentelektronikprodukter, till exempel bärbara datorer, mobiltelefoner och iPods.

Men det finns några få bulor i vägen för att Li-ion-batterier ska bli morgondagens bensin, nämligen säkerhet, kostnader och livslängd. Vi ska kolla in säkerhetsproblemen på nästa sida.

-

Litiumjonbatterier och celler finns i alla former och storlekar, men de är alla likadana. Kolla in hur förpackningarna och cellerna ser ut på insidan.

Kommer du ihåg när bärbara datorer sprickade i låga 2006? Det var litiumjonbatteriet.

Slumpmässiga explosioner från överhettning var inte ett utbrett problem, men ändå måste litiumjonbatteri-tillverkaren Sony, som kom ut med det första kommersialiserade Li-ion-batteriet 1991, återkalla mer än 6 miljoner datorer på grund av det [källa: Lamb ].

Litiumjonbatterier och celler finns i alla former och storlekar, men de är alla likadana. Kolla in hur förpackningarna och cellerna ser ut på insidan.

Under ett par år sedan dess har Li-ion-batteriet inte helt återhämtat sitt rykte för säkerhet. Nu kan du se varför det är en liten antsy att sätta den in i en bil.

Varför finns det en chans för explosion? Li-ion-batterier fungerar genom att separera de positiva och negativa sidorna med ett tunt lager, kallad en elektrolyt. Elektrolyten perforeras för att tillåta litiumjoner att passera från en sida av kammaren till den andra, och därmed generera en ström. Små metallbitar som är resultatet av tillverkningsprocessen kan potentiellt fastna i dessa perforeringar och förhindra att joner fritt flödar. Tryck och värme kan sedan byggas upp och orsaka en explosion. Att låta jonerna röra sig för snabbt kan också leda till överhettning.

Så hur fungerar det allelektriska Tesla Roadster klarar av att packa 6 831 Li-ion-batterier under huven utan att riskera en större sprängning? Teslas energilagringssystem som driver bilen är utrustat med ett kylsystem som säkerställer att batterierna inte överhettas. Den reglerar också hastigheten på flödet av joner för att hindra dem från att ladda eller tömma för snabbt.

Eftersom bilföretag och forskare inser den breda potentialen med Li-ion-batterier har de hällt tid och pengar på att hitta sätt att minska eventuella säkerhetsrisker. Till exempel, nanoteknologi, studiet av atomer och nanostrukturer, kan kanske förhindra dessa farliga explosioner. Nya nanomaterial, såsom nanofosfat, är inte benägna att kortslutas som grafit, den traditionella Li-ion-elektrolyten [källa: Peter].

Och med tanke på tid och pengar, innan Li-ion-batterier gör sin stora inträde i konsumentbilsvärlden, måste de vara billigare och hållbarare. Lär dig varför och hur på nästa sida.

Yesteryear elbilar

Dagens drivkraft mot elbilar är mer en återupplivning än en revolution. Faktum är att elektriska vagnar fanns i början av 1800-talet, långt innan förbränningsmotorn. Under vår tid kom både Toyota och General Motors ut med elbilsmodeller i slutet av 90-talet som de så småningom drog från produktionen.

GM EV-1: General Motors släppte ett litet antal av dessa elektriska sedans 1996, men endast för hyresavtal. Det drog alla modeller 2003 efter att ha använt en rapporterad 1 miljard dollar på utveckling [källa: CBS News]. TIME Magazine utsåg det också till en av de "50 värsta bilarna genom tiderna" på grund av dess begränsade utbud och höga produktionskostnader [källa: TIME].

Toyota RAV4-EV: Den elektriska versionen av den bekanta RAV-SUV. Liksom EV-1 slutade Toyota att tillverka denna modell 2003. Enligt företaget konserverade den bilen på grund av trög försäljning och opraktiskt med sitt energisparande batteri som kostar mer att byta ut än hela fordonet [källa: Toyota].

Den snygga Tesla går igenom mer än 100 000 $ delvis på grund av de höga priserna på litiumjonbatterier. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

Tesla Roadster kan gå motsvarande 256 miles per gallon. Anslut det bara över natten, så kan du gå upp till 402 kilometer utan att stanna vid bensinstationen. Men det finns en fångst - en 2009-modell återbärs för mer än $ 100.000.

En del av det rejäl priset är den eleganta, sportbils design och bekvämligheter och kraften att gå från noll till 60 mil per timme på under fyra sekunder - en acceleration som rankas bland de bäst bensinsportbilarna. Men den kraften kommer inte billig. I själva verket är Li-ion-batterier cirka fyra till fem gånger dyrare än nickel-metall-hydrid [källa: Popely]. Eftersom bilpaketet kan kosta mellan 10 000 och 15 000 dollar vardera, kommer att hitta ett billigare alternativ vara ett stort hinder för bilföretag som vill marknadsföra dem [källa: Popely].

Det finns också problem med batteritiden. Liksom AA-batterierna som du lägger i din TV-fjärrkontroll, dör Li-ion-batterier så småningom. Även om du inte använder dem börjar de försämras så snart de är gjorda. Du kan ladda dem, men bara en begränsad mängd gånger. Det är som att försöka fylla på en kanna med vatten som har ett litet hål som blir större och större med varje användning.

Vi mäter batteriets livslängd i cykellivslängden, eller antalet gånger du kan ladda ner det, ladda upp det och använda det igen. Med Li-ion-batterier ger du ett 100 procent fullt laddat batteri en längre individuell livslängd, men minskar det totala antalet cykler du får från det. Av den anledningen tillåter Tesla Roadster inte att ladda mer än 95 procent av den ursprungliga kraften eller låta den rinna ner till mindre än 2 procent [källa: Eberhard och Straubel]. Företaget projicerar också batteripaketet för att vara 100 000 mil, eller fem år. Då måste du byta ut batteriet.

Precis som med säkerhetsfrågan letar forskare efter ett långvarigt litiumalternativ. Och än en gång verkar nanoteknologi leda paketet med möjliga lösningar. Ett företag, Altair Nanotechnologies tillkännagav 2006 att det hade hittat ett nytt material som skulle överträffa Li-ion-batterier och ladda snabbare för samma pris, kallad litium titanate [källa: Bullis]. Det kanadensiska bilföretaget Phoenix Motorcars använder litiumtitanatbatterier i sin serie elbilar som har en radius på 100 plus mil.

Toshiba har också kommit ut med ett snabbladdande Li-ion-batteri ursprungligen för cyklar och byggfordon som det så småningom vill testa i bilar [källa: MSNBC]. I juni 2008 publicerade Toyota också planer om att gå samman med företaget som producerar sina nuvarande hybridbatterier för att utveckla Li-ion-batterier till 2009 [källa: Kim].

Med så mycket energi som går till Li-ion-batteriutveckling finns det en stark möjlighet att de kan driva våra bilar inom en snar framtid. För mer information om morgondagens bilar och relaterad information, besök länkarna på nästa sida.

-

relaterade artiklar

  • Quiz Corner: Battery Quiz
  • Hur elbilar fungerar
  • Hur bränsleceller fungerar
  • Hur hybridbilar fungerar
  • Så fungerar smartbilen
  • Hur fungerar Aptera-hybriden
  • Så fungerar iQ-bilen
  • Hur gaspriser fungerar

Fler bra länkar

  • FuelEconomy.gov
  • Chevrolet Volt
  • Tesla Motors

källor

  • Buchmann, Isidor. "Är litiumjon det perfekta batteriet?" Battery University. Uppdaterad november 2006. (26 juni 2008)
  • Bullis, Kevin. "Litium-jonbilen." Technology Review. MIT. 24 mars 2006. (26 juni 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
  • Cotta, Rick. "Hybridbatterier: Inget värre att bära?" Konsumenthandbok Auto. (1 juli 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
  • Eberhard, Martin och Straubel, JB. "Lite om batterier." Tesla Motors. 30. november 2006. (26 juni 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
  • Hall, Kevin G. "Höga oljeprisbränsleutveckling av nya hybridbatterier." McClatchy Newspapers. 8 juni 2008. (26 juni 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
  • Kim, Chang-Ran. "Toyota startar litiumjonbatteriutgången 2009." 11 juni 2008. (26 juni 2008) http://www.boston.com/news/world/asia/articles/2008/ 06/11 / toyota_to_start_lithium_ion_battery_output_in_2009 /
  • Lamb, Gregory M. "Sök efter ett bättre batteri håller och går." Christian Science Monitor. 18 september 2006. (26 juni 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
  • LaReau, Jamie. "GM: s Lutz pratar litiumjonbatterier, bilar och Toyota." Automotive News. 19 november 2007.
  • Mahoney, Patrick G. "Konceptbilar i en annan färg ... Grön." Maskinkonstruktion. 10 april 2008. (26 juni 2008)
  • MSNBC-personal. "Genombrottsbatteri för elbilar?" MSNBC. 13 december 2007. (26 juni 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
  • Peter, Tom A. "Battery Tech börjar fånga upp till High Tech." Christian Science Monitor. 15 mars 2007. (26 juni 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
  • Popely, Rick. "Batteridriven biltävling är på: Trots aktuella kostnader och säkerhetsproblem ser bilproducenter plug-ins och hybrider som ett botemedel mot framtida bensin på $ 5 per gallon." McClatchy - Tribune Business News. 18 juni 2008. (26 juni 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar