Nu EV's onze wegen overnemen, raken steeds meer mensen geïnteresseerd in de technologie achter deze voertuigen. EV's beschikken over tal van opwindende technologie. In de elektrische voertuigen van vandaag vindt u alles, van regeneratieve remmen tot geavanceerd snelladen.
Maar naast de elektromotoren is het belangrijkste onderdeel van een EV de batterij. De lithiumbatterij in de meeste EV's is ook een van de meest controversiële onderdelen van een elektrisch voertuig. Lees verder om te ontdekken hoe lithium-ionbatterijen in elektrische voertuigen deze geavanceerde machines vooruit helpen.
Waarom zijn lithium-ionbatterijen belangrijk?
Lithium-ionbatterijen vormen de kern van de revolutie van elektrische voertuigen. Deze batterijen bieden een grote energiedichtheid, vooral in vergelijking met loodzuur batterijen, die veel zwaarder zijn als je een vergelijkbare capaciteit wilt krijgen. Lithium-ionbatterijen zijn ook ideaal voor gebruik in EV's, omdat ze vele malen opnieuw kunnen worden opgeladen essentieel voor gebruik in elektrische voertuigen die gedurende hun levensduur uitgebreide laad-/oplaadcycli nodig hebben. Een andere reden waarom lithium-ionbatterijen overal in het nieuws zijn, is vanwege de milieu-impact die de winning van deze batterijen veroorzaakt.
Gedurende de levensduur van een EV zijn EV's, vanwege de nul-uitlaatemissies, erg schoon. Maar de eerste impact van mijnbouw voor de materialen die in de lithium-ionbatterij van een EV gaan, is kostbaar voor het milieu. Niet alleen dit, veel mensen maken zich ook zorgen over de omstandigheden waarmee veel van de arbeiders in deze mijnen dagelijks worden geconfronteerd. Daarom is het recyclen van deze materialen een enorme prioriteit voor veel van de autobedrijven die actief zijn in de productie van elektrische voertuigen.
Wat is een lithium-ionbatterij?
Een lithium-ionbatterij bevat cellen die een positieve kathode en een negatieve anode bevatten. Er is ook een elektrolyt dat deze twee lagen scheidt, en door chemische reacties die elektronen vrijmaken, kan de batterij elektrische energie leveren aan alles waarmee het is verbonden. Het aantal cellen bepaalt de capaciteit van de batterij, gemeten in kWh. In het geval van de lithium-ionbatterij is lithium: een van de belangrijkste componenten in de batterij, en dit komt omdat lithium zeer bereid is om een elektron.
Door de chemische reacties die plaatsvinden in de anode en de kathode, kan de lithium-ion batterij vele malen worden opgeladen en ontladen. Dit komt door het feit dat deze chemische reacties vele malen kunnen worden omgekeerd. Lithium-ionbatterijen zijn er in vele soorten en maten en worden gebruikt in uiteenlopende toepassingen zoals consumentenelektronica en elektrische voertuigen. Het is duidelijk dat de lithium-ionbatterijen in een EV veel groter zijn dan degene die je in je smartphone zou kunnen vinden, maar ze werken nog steeds volgens dezelfde principes.
Een van de grootste voordelen van lithium-ionbatterijen is hun grote energiedichtheid, waardoor ze relatief licht zijn in vergelijking met andere batterijtechnologieën. Fabrikanten moeten voorzichtig zijn bij het ontwerpen en implementeren van lithium-ionbatterijen in hun apparaten, want als de anode en de kathode aan elkaar zouden worden blootgesteld, kunnen deze batterijen chemische reacties ondergaan die brand kunnen veroorzaken of zelfs kleine explosies.
Hoewel lithium-ionbatterijen geweldig werk leveren bij het aandrijven van EV's, staan ze de komende tijd voor een uitdaging solid-state batterij. Het valt nog te bezien of solid-state batterijen voldoende kunnen worden verbeterd om mainstream gebruik in de EV-reeks van een grote autofabrikant te zien.
Hoe werkt een lithium-ionbatterij?
De basis lithium-ionbatterij maakt gebruik van de chemie van zijn materialen. Deze batterijen bevatten lithium, een metaal dat graag een elektron wil verliezen en lithium-ionen vormt, waar de batterij zijn naam aan ontleent. Deze batterijen zijn samengesteld uit een positieve elektrode, de kathode genaamd, die een metaaloxide bevat (kobalt is een gebruikelijke keuze). Deze batterijen hebben ook een negatieve elektrode, de anode genaamd, die gewoonlijk van grafiet is gemaakt, en het grafiet zorgt ervoor dat het lithium ertussen kan intercaleren.
Tussen de kathode en de anode vergemakkelijkt een vloeibare elektrolyt de beweging van lithium-ion van de anode naar de kathode. De batterij is ook voorzien van een poreuze separator, die essentieel is voor het handhaven van de veiligheid van de batterij, omdat het voorkomt dat de anode en de kathode in direct contact met elkaar komen. Als de twee elektroden van de batterij in direct contact zouden komen, zou het resultaat catastrofaal zijn. Wanneer een lithium-ionbatterij een apparaat van stroom voorziet, verliest het lithium dat is geïntercaleerd in de grafietbevattende anode een elektron.
Dit proces creëert lithiumionen, evenals een vrij elektron. De lithiumionen gaan van de anode naar de kathode via de elektrolyt en de poreuze separator. Terwijl de lithium-ionen door de separator bewegen, nemen de elektronen een ander pad dat hen door het elektronische apparaat leidt dat moet worden gevoed. Als ze eenmaal door het apparaat zijn gegaan, komen de elektronen bij de kathode terecht. Wanneer de batterij moet worden opgeladen, begint het proces eigenlijk helemaal opnieuw, maar dan omgekeerd.
Dit is de reden waarom lithium-ionbatterijen zo geweldig zijn voor gebruik in EV's, omdat het proces vele malen kan worden herhaald. Wanneer u uw lithium-ionbatterij oplaadt, dwingt de lader elektronen uit de kathode, waardoor een stroom van elektronen in de anode ontstaat. Dit zorgt ervoor dat het hele chemische proces dat plaatsvond terwijl de batterij aan het ontladen was, wordt omgekeerd, waarbij de lithium-ionen de kathode verlaten en terugkeren naar de anode. Nadat het laadproces is voltooid, is de batterij weer klaar voor gebruik.
EV-batterijtechnologie zal blijven verbeteren
EV-batterijen bieden elektrische voertuigen nu al een verbazingwekkend bereik en ze kunnen vele malen worden gebruikt. Maar er zijn nog veel dingen te verbeteren met betrekking tot deze technologie, vooral hoe EV-batterijen worden gerecycled zodra ze het einde van hun bruikbare levensduur hebben bereikt. Het valt nog te bezien of lithium-iontechnologie lang genoeg in stand wordt gehouden om monumentale verbeteringen te zien of helemaal te worden vervangen door veelbelovende technologie zoals solid-state batterijen.
