Vil litium-ion-batterier drive biler?

Bildegalleri: Hybridbiler Chevrolet Volt, en plug-in hybrid designet for å kjøre opptil 40 mil på en litium-ion-batteripakke. Se flere hybridbilbilder. Alex Wong / Getty Images

En progresjon mot hybrid- og elbiler virker som et naturlig skritt i utviklingen av bilteknologi. Analytikere spår ikke et fall i prisene på olje og ga-soline når som helst, og skifter effektivt bilprodusenter til høyt utstyr for å finne den neste beste måten å drive kjøretøy på. Hvis de nylige konseptbiler som ble avslørt av store bilprodusenter, er nøyaktige prediktorer, Litium-ion-batterier (Li-ion) kan være den magiske kulen.

Ta for eksempel den Chevrolet Volt. Dette er General Motors 'plug-in hybrid-konseptbil designet for å kjøre en 64-kilometer lang strekning helt uten Li-ion-batterier. Etter det vil en liten bensinmotor ta over ytterligere 600 mil (965 kilometer). Det betyr at mange mennesker kan fullføre den daglige pendlingen uten å brenne en dråpe bensin. I tillegg planlegger selskapet å begynne å massere dem massevis innen 2010.

Du kan lade opp noen litium-ion-batterier ved å koble bilen til en stikkontakt. VisionsofAmerica / Joe Sohm / Getty Images

Og Chevrolet er ikke alene om Li-ion-trenden. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler og Saturn forhåndsviste alle konseptbiler fra 2008 som har Li-ion-batteripakker for grønnere kjøring [kilde: Mahoney].

Hvorfor dette fawning over Li-ion-batterier i utgangspunktet? Toyota Prius og to nye hybrider selskapet avduket i juni 2008 bruker et nikkel-metall-hydridbatteri. I henhold til de nyeste EPA-standardene får Prius tilsammen 46 mil per gallon - for ikke å nevne at den har solgt som hotcakes. [kilde: fueleconomy.gov].

Men energimessig pakker Li-ion-batterier ganske enkelt et kraftigere slag. Li-ion-batterier lagrer mer energi i mindre rom enn de mer tradisjonelle bly-syre og nikkel-metall-hydrid. Litium har mest energitetthet og elektrokjemisk potensial for alle metaller, og det er det som gir den utholdenheten [kilde: Buchmann]. Nikkel-metall-hydridbatteriene i hybrider på veien er også tunge, og begrenser potensialet, mens Li-ion-batterier kan forsterke hastigheten uten å veie bilen ned. På grunn av denne egenskapen, kan du finne mindre versjoner av dem i mange forbrukerelektronikkprodukter, for eksempel bærbare datamaskiner, mobiltelefoner og iPods.

Men det er noen få støt i veien for at Li-ion-batterier skal bli morgendagens bensin, nemlig sikkerhet, kostnader og lang levetid. Vi sjekker ut sikkerhetsproblemene på neste side.

-

Litium-ion batteripakker og celler kommer i alle former og størrelser, men de er alle like. Sjekk hvordan pakker og celler ser ut på innsiden.

Husker du da bærbare datamaskiner sprengte i flamme i 2006? Det var litium-ion-batteriet.

Tilfeldige eksplosjoner fra overoppheting var ikke et utbredt problem, men likevel måtte litium-ion-batteriprodusenten Sony, som kom ut med det første kommersialiserte Li-ion-batteriet i 1991, huske mer enn 6 millioner datamaskiner på grunn av det [kilde: Lamb ].

Litium-ion batteripakker og celler kommer i alle former og størrelser, men de er alle like. Sjekk hvordan pakker og celler ser ut på innsiden.

I løpet av et par år siden har ikke Li-ion-batteriet fullstendig gjenfunnet sitt rykte for sikkerhet. Nå kan du se hvorfor det å sette den på innsiden av en bil gjør at noen blir litt antsy.

Hvorfor er det en sjanse for eksplosjon? Li-ion-batterier fungerer ved å skille de positive og negative sidene med et tynt lag, kalt en elektrolytt. Elektrolytten er perforert for å la litiumionene passere fra den ene siden av kammeret til den andre, og dermed generere en strøm. Små biter av metall som er resultatet av produksjonsprosessen, kan potensielt sitte fast i de perforeringene og forhindre at ionene flyter fritt. Trykk og varme kan da bygge seg opp og forårsake en eksplosjon. Å la ionene bevege seg for raskt kan også føre til overoppheting.

Så hvordan gjør altelektrisk Tesla Roadster greie å pakke 6 831 Li-ion-batterier under panseret uten å risikere større oppblåsing? Teslas energilagringssystem som driver bilen er utstyrt med et kjølesystem, som sikrer at batteriene ikke overopphetes. Den regulerer også hastigheten på strømmen av ioner for å forhindre at de lades eller tømmes for raskt.

Siden bilfirmaer og forskere innser det store potensialet til Li-ion-batterier, har de skjenket tid og penger på å finne måter å redusere sikkerhetsfare. For eksempel, nanoteknologi, studiet av atomer og nanostrukturer, kan være i stand til å forhindre de farlige eksplosjonene. Nye nanomaterialer, som nanofosfat, er ikke tilbøyelige til å kortslutte som grafitt, den tradisjonelle Li-ion-elektrolytten [kilde: Peter].

Og snakker om tid og penger, før Li-ion-batterier gjør sin store inngang i forbrukerbilindustrien, trenger de å være billigere og mer varige. Lær hvorfor og hvordan på neste side.

Yesteryear elektriske biler

Dagens driv mot elbiler er mer en vekkelse enn en revolusjon. Faktisk var det elektriske vogner rundt på begynnelsen av 1800-tallet, lenge før forbrenningsmotoren. I vår tid kom både Toyota og General Motors ut med elbilmodeller på slutten av 90-tallet som de til slutt trakk fra produksjonen.

GM EV-1: General Motors ga ut et lite antall av disse elektriske sedans i 1996, men bare for leie. Det trakk alle modeller i 2003 etter å ha brukt en rapportert 1 milliard dollar på utvikling [kilde: CBS News]. TIME Magazine kåret det også til en av de "50 verste tidenes biler" på grunn av sitt begrensede omfang og høye produksjonsutgifter [kilde: TIME].

Toyota RAV4-EV: Den elektriske versjonen av den kjente RAV-SUV-en. I likhet med EV-1, sluttet Toyota å lage denne modellen i 2003. Ifølge selskapet hermetiserte den bilen på grunn av tregt salg og upraktiskiteten til det energisparende batteriet som koster mer å skifte ut enn hele kjøretøyet [kilde: Toyota].

Den glatte Tesla kan selges for mer enn $ 100 000, delvis på grunn av de høye prisene på litium-ion-batterier. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

Tesla Roadster kan gå tilsvarende 256 miles per gallon. Bare koble den til over natten, så kan du gå opp til 402 kilometer uten å stikke innom bensinstasjonen. Men det er en fangst - en 2009-modell kan selges for mer enn $ 100.000.

En del av den heftige prisen er den elegante, sportsbils design og fasiliteter og kraften til å gå fra null til 60 mil i timen på under fire sekunder - en akselerasjon som rangerer blant de best presterende bensinsportbiler. Men den kraften kommer ikke billig. Faktisk er Li-ion-batterier rundt fire til fem ganger dyrere enn nikkel-metall-hydrider [kilde: Popely]. Siden bilbaserte pakker kan koste mellom $ 10.000 og $ 15.000 hver, vil det å finne et billigere alternativ være et viktig hinder for bilbedrifter som ønsker å markedsføre dem [kilde: Popely].

Det er også et problem med batteriets levetid. I likhet med AA-batteriene du legger i TV-fjernkontrollen, dør Li-ion-batterier til slutt. Selv om du ikke bruker dem, vil de begynne å forringe så snart de er laget. Du kan lade dem, men bare et begrenset antall ganger. Det er som å prøve å fylle opp en mugge med vann som har et bittelite hull som blir større og større med hver bruk.

Vi måler batteriets levetid i syklusens levetid, eller antall ganger du kan kjøre det, lade det opp og bruke det igjen. Med Li-ion-batterier vil du starte med et 100 prosent fullt oppladet batteri gi deg en lengre individuell sykluslevetid, men redusere det totale antallet sykluser du får fra det. Av den grunn lar ikke Tesla Roadster deg lade mer enn 95 prosent av den opprinnelige kraften eller la den renne ned til under 2 prosent [kilde: Eberhard og Straubel]. I tillegg prosjekterer selskapet at batteripakken skal vare 100 000 miles, eller fem år. På det tidspunktet må du bytte ut batteriet.

I likhet med sikkerhetsspørsmålet leter forskere etter et lengrevarende litiumalternativ. Og nok en gang ser det ut til at nanoteknologi leder pakken med potensielle løsninger. Et selskap, Altair Nanotechnologies kunngjorde i 2006 at det hadde funnet et nytt materiale som langt på vei ville overgå Li-ion-batterier og lades raskere til samme pris, kalt litiumtitanat [kilde: Bullis]. Det kanadiske bilfirmaet Phoenix Motorcars bruker litiumtitanatbatterier i sin serie med elektriske biler som har en rekkevidde på 100 pluss kilometer.

Toshiba har også kommet ut med et hurtigladende Li-ion-batteri i utgangspunktet for sykler og anleggsmaskiner som det til slutt vil teste i biler [kilde: MSNBC]. I juni 2008 offentliggjorde Toyota også planer om å gå sammen med selskapet som produserer sine nåværende hybridbatterier for å utvikle Li-ion-batterier innen 2009 [kilde: Kim].

Med så mye energi som går i utvikling av Li-ion batterier, er det en sterk mulighet for at de kan få drivstoff til bilene våre i løpet av en nær fremtid. For mer informasjon om morgendagens biler og relatert informasjon, besøk lenkene på neste side.

-

relaterte artikler

• Quiz Corner: Battery Quiz
• Hvordan elbiler fungerer
• Hvordan brenselceller fungerer
• Hvordan hybridbiler fungerer
• Hvordan smartbilen fungerer
• Slik fungerer Aptera Hybrid
• Slik fungerer iQ-bilen
• Hvordan gasspriser fungerer

Flere gode lenker

• FuelEconomy.gov
• Chevrolet Volt
• Tesla Motors

kilder

• Buchmann, Isidor. "Er litium-ion det ideelle batteriet?" Battery University. Oppdatert november 2006. (26. juni 2008)
• Bullis, Kevin. "Litium-ion-bilen." Technology Review. MIT. 24. mars 2006. (26. juni 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
• Cotta, Rick. "Hybride batterier: Er det ikke verre å bruke på?" Forbrukerhåndbok Auto. (1. juli 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
• Eberhard, Martin og Straubel, JB. "Litt om batterier." Tesla Motors. 30. november 2006. (26. juni 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
• Hall, Kevin G. "Høye oljepriser drivstoffutvikling av nye hybridbatterier." McClatchy Aviser. 8. juni 2008. (26. juni 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
• Kim, Chang-Ran. "Toyota starter litium-ion-batteri i 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. "Søk etter et bedre batteri holder og går." Christian Science Monitor. 18. september 2006. (26. juni 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
• LaReau, Jamie. "GMs Lutz snakker litiumionbatterier, biler og Toyota." Automotive News. 19. november 2007.
• Mahoney, Patrick G. "Konseptbiler i en annen farge ... Grønn." Maskindesign. 10. april 2008. (26. juni 2008)
• MSNBC-stab. "Gjennombruddsbatteri for elbiler?" MSNBC. 13. desember 2007. (26. juni 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
• Peter, Tom A. "Battery Tech starter å fange opp til High Tech." Christian Science Monitor. 15. mars 2007. (26. juni 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
• Fantastisk, Rick. "Batteridrevet billøp er på: Til tross for gjeldende kostnader og sikkerhetsproblemer, ser bilprodusentene plugin-moduler og hybrider som et botemiddel mot fremtidig bensin på 5 dollar per gallon." McClatchy - Tribune forretningsnyheter. 18. juni 2008. (26. juni 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story