Ostatni wiek minął pod obliczem niekwestionowanej dominacji samochodów napędzanych produktami rafinacji ropy naftowej – benzyny, oleju napędowego i LPG. Mimo że samochody napędzane energią elektryczną znamy już od dawna, to były one raczej ciekawostką niż realną konkurencją dla silników spalinowych. Czasy się jednak zmieniają, a technologia idzie do przodu i nagle okazuję się, że silniki elektryczne mogą być równie efektywne, co ich spalinowe odpowiedniki. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt, iż popularne „elektryki” nie przyczyniają się bezpośrednio do tworzenia smogu, efektu cieplarnianego czy zmian klimatycznych. Wieczny problem samochodów elektrycznych, czyli zasięg bez ładowania wreszcie uległ drastycznemu zwiększeniu i skłoniło to wiele osób do zakupu tego typu pojazdu. Jego najważniejszym komponentem jest bateria i dobrze byłoby dowiedzieć się o niej nieco więcej.
Bateria jako kluczowy komponent samochodu elektrycznego
Według prognoz rynkowych, elektryczna rewolucja na drogach będzie coraz bardziej przybierać na sile, Wzrost popularności można powiązać z rosnącymi cenami paliw czy proekologicznym podejściem konsumentów, ale wielu z nich myśli o zaletach najnowocześniejszej technologii dostępnej w samochodach elektrycznych. Rdzeniem tych pojazdów są akumulatory elektryczne, od których zależy trwałość i wydajność danego samochodu. Są one wyjątkowe pod kilkoma względami, ale ich kluczowe zastosowanie dotyczy przechowywania energii elektrycznej, aby przesłać ją dalej do silnika w postaci prądu zmiennego lub stałego. To właśnie od jakości baterii zależy zainteresowanie potencjalnych kupujących, bo kwestią absolutnie kluczową jest zasięg samochodu, czyli odległość, którą może przebyć bez konieczności ponownego naładowania. W ostatnich latach doświadczyliśmy małej rewolucji w tym temacie. Wraz z rozwojem technologii, średni zasięg samochodów elektrycznych znacznie się zwiększył, przy jednoczesnym skróceniu czasu ładowania. Ciągłe pojawiają się pytania o żywotność nowoczesnych baterii, ale można śmiało powiedzieć, że i ona stale ulega progresowi. Drastyczne zmniejszanie zasięgu jest związane zazwyczaj z nieodpowiednią obsługą, czyli na przykład rozładowywaniem akumulatora elektrycznego do zera.
Z czego składa się bateria w elektryku?
Akumulatory w samochodach elektrycznych to produkty głównie litowo-jonowe (Li-ion), czyli takie, które bardzo dobrze znamy z naszych telefonów komórkowych. Samych pierwiastków w baterii znajduję się jednak o wiele więcej. Bazując na diagramie stworzonym przez firmę Volkswagen możemy przypuszczać, że najbardziej popularne ogniwa na rynku zawierają kilkanaście bardziej lub mniej rzadkich pierwiastków. Sama bateria waży niemalże 400 kg, a duża część jej obudowy jest wykonana z aluminium. W tym przypadku materiał ten pełni rolę zabezpieczającą dla modułów akumulatora elektrycznego. Nie może więc dziwić nas fakt, że niemalże 1/3 wagi całej baterii to aluminium. Glin, który jest ściśle powiązany z aluminium możemy zaś znaleźć przy elektrodach. Pełni on bardzo ważną rolę odprowadzania ładunku elektrycznego na zewnątrz. Drugi pod względem masy jest grafit, którego w baterii jest ponad 70 kg. To właśnie tutaj magazynowany jest lit w procesie ładowania. Na dalszych miejscach znajdują się pierwiastki tworzące katody, czyli kolejno nikiel, mangan, kobalt i lit. W materiałach budujących baterię należy także wyróżnić miedź, plastik, elektrolit i stal. Niewymienione, występujące w śladowych ilościach materiały to pozostałe 10 procent, czyli około 40 kg całej masy akumulatora elektrycznego.
Jak działa bateria w samochodzie elektrycznym?
Cała elektromobilność opiera się na osiągnięciach związanych z magazynowaniem prądu w ogniwach baterii. Kilkanaście ogniw (na przykład 24) tworzy pełen moduł akumulatora. A konkretna ilość połączonych modułów to cały system nazywany mianem akumulatora elektrycznego. Najprościej rzecz ujmując im więcej w całym systemie modułów, tym większy będzie ostateczny zasięg pojazdu. Musimy jednak pamiętać, że ogniwa w baterii to nie wszystko. Kluczową rolę odgrywa układ elektroniczny, który to steruje przepływami prądu o napięciu nawet 800 V. Akumulatory w samochodach elektrycznych różnią się od zwyczajnych baterii, bo są dwustronne. Mogą one zarówno przyjmować, jak i oddawać prąd. Jeśli zaś chodzi o samą fazę tworzenia napięcia, to jest ona możliwa dzięki dwóm rodzajom elektrod – anodzie (wykonanej z grafitu) i katodzie (wykonanej z tlenku litu), które są zanurzone w elektrolicie i przedzielone specjalną membraną. Anoda ma przy sobie nadmiar elektronów, a katoda ich niedobór. Różnicy potencjałów pomiędzy nimi podawana jest w Woltach, a więc jest to napięcie elektryczne. Proces ładowania opiera się na przechodzeniu jonów dodatnich przez separator (membranę) do anody. Później dochodzi do dokładnie odwrotnej sytuacji – nadmiarowe elektrony z anody przemieszczają się do katody, a tym samym mamy do czynienia ze zjawiskiem przepływu prądu, który zasila silnik elektryczny i wprawia pojazd w ruch.
