Litij-ionska baterija

Litij-ionska baterija punjiva je tehnologija pohrane energije koja pokreće praktički svako suvremeno električno vozilo, uz većinu prijenosnih računala, telefona i električnih alata. Postoji jer nudi iznimnu kombinaciju gustoće energije, učinkovitosti i broja ciklusa: zadana masa litij-ionskih ćelija može pohraniti daleko više uporabljive energije od starijih kemija na bazi olova, nikal-kadmija ili nikal-metal-hidrida koje su joj prethodile. Upravo ta gustoća uopće omogućuje praktičan električni automobil, dopuštajući da paket težak nekoliko stotina kilograma pohrani 40 do 100 kilovat-sati potrebnih za uporabljiv domet.

Baterija radi tako da litijeve ione premješta naprijed-natrag između dviju elektroda kroz tekući elektrolit. Tijekom pražnjenja litijevi ioni putuju od negativne elektrode (anode, obično od grafita) kroz elektrolit do pozitivne elektrode (katode), dok odgovarajući elektroni teku suprotnim smjerom kroz vanjski strujni krug i obavljaju koristan rad u motoru. Punjenje obrće postupak, gurajući ione natrag u anodu. Tanak porozni separator drži elektrode da se ne dodirnu, a ipak propušta ione, i budući da se nijedan metal ne nanosi niti otapa kao u starijim kemijama, reakcija je vrlo povratna i može se ponoviti tisućama puta.

To je važno jer se broj ciklusa i učinkovitost izravno pretvaraju u dugovječnost vozila i troškove uporabe. Dobro vođen EV paket obično zadrži oko 80 do 90 posto kapaciteta nakon 1.500 do 3.000 potpunih ciklusa, često više od 200.000 milja vožnje, a učinkovitost punjenja u oba smjera redovito premašuje 90 posto. Visok napon svake ćelije — nazivno oko 3,2 do 3,7 volti ovisno o kemiji — usto znači da je potrebno manje ćelija u nizu za doseg 400 ili 800 volti koliko koristi EV pogonski sustav.

Litij-ionska baterija nije jedan recept, nego obitelj kemija koje se uglavnom razlikuju po materijalu katode. Dvije prevladavajuće vrste u automobilima jesu NMC (nikal-mangan-kobalt), cijenjen zbog visoke gustoće energije i velikog dometa, te LFP (litijev željezov fosfat), koji dio gustoće žrtvuje za nižu cijenu, veću sigurnost i dulji vijek. Druge varijante poput NCA, LMO i nadolazećih čvrstostanja zauzimaju određene niše, a proizvođači neprestano podešavaju točan sastav kako bi uravnotežili domet, snagu, cijenu i izdržljivost.

Glavna je praktična briga osjetljivost na temperaturu. Toplina ubrzava kemijske sporedne reakcije koje stare ćeliju, a u krajnjim slučajevima može izazvati toplinski bijeg, dok hladnoća oštro smanjuje raspoloživu snagu i brzinu punjenja. Zbog toga su EV paketi obavijeni tekućinskim ili zračnim hlađenjem i njima upravlja sustav za upravljanje baterijom koji prati napon i temperaturu svakog modula, uravnotežuje ćelije i ograničava punjenje kako bi paket držao unutar njegova sigurnog okvira. Razumijevanje tih ograničenja objašnjava mnoga ponašanja EV-a, od pripremnog grijanja prije brzog punjenja do savjeta da se po vrućem vremenu izbjegava ostavljanje na potpuno punom stanju napunjenosti.