Litijum-jonska baterija

Litijum-jonska baterija je tehnologija punjivog skladištenja energije koja pokreće gotovo svako savremeno električno vozilo, kao i većinu laptopova, telefona i električnih alata. Postoji jer nudi izuzetan spoj energetske gustine, efikasnosti i broja ciklusa: ista masa litijum-jonskih ćelija može da zadrži daleko više iskoristive energije nego starije hemije sa olovom i kiselinom, nikl-kadmijumom ili nikl-metal-hidridom koje su joj prethodile. Upravo ta gustina uopšte čini praktičan električni automobil mogućim, jer omogućava da baterija teška nekoliko stotina kilograma skladišti 40 do 100 kilovat-sati potrebnih za upotrebljiv domet.

Baterija radi tako što litijumove jone tamo-amo premešta između dve elektrode kroz tečni elektrolit. Pri pražnjenju, litijumovi joni prelaze sa negativne elektrode (anode, obično od grafita) kroz elektrolit na pozitivnu elektrodu (katodu), dok odgovarajući elektroni teku suprotnim putem kroz spoljašnje kolo da bi obavili koristan rad u motoru. Punjenje obrće taj proces i vraća jone nazad u anodu. Tanak porozan separator sprečava dodir elektroda, a propušta jone, i pošto se nijedan metal ne taloži niti rastvara kao kod starijih hemija, reakcija je vrlo povratna i može se ponoviti hiljadama puta.

To je važno jer se broj ciklusa i efikasnost direktno pretvaraju u vek vozila i troškove korišćenja. Dobro vođena baterija električnog vozila obično zadrži oko 80 do 90 odsto kapaciteta nakon 1.500 do 3.000 punih ciklusa, često više od 200.000 milja vožnje, a efikasnost punjenja i pražnjenja u celom krugu redovno prelazi 90 odsto. Visok napon svake ćelije — nominalno oko 3,2 do 3,7 volti, u zavisnosti od hemije — takođe znači da je potrebno manje ćelija u rednoj vezi da bi se dostiglo 400 ili 800 volti koliko koristi pogonski sistem električnog vozila.

Litijum-jonska baterija nije jedan jedini recept, već porodica hemija koje se uglavnom razlikuju po materijalu katode. Dva vodeća tipa u automobilima su NMC (nikl-mangan-kobalt), cenjen zbog visoke energetske gustine i dugog dometa, i LFP (litijum-gvožđe-fosfat), koji deo gustine žrtvuje za nižu cenu, veću bezbednost i duži vek. Druge varijante poput NCA, LMO i novih čvrstih (solid-state) izvedbi zauzimaju posebne niše, a proizvođači neprekidno podešavaju tačan sastav da bi uravnotežili domet, snagu, cenu i izdržljivost.

Glavna praktična briga jeste osetljivost na temperaturu. Toplota ubrzava sporedne hemijske reakcije koje stare ćeliju, a u krajnostima može pokrenuti termičko odbegnuće, dok hladnoća naglo smanjuje raspoloživu snagu i brzinu punjenja. Zbog toga su baterije električnih vozila obavijene tečnim ili vazdušnim hlađenjem i kojima upravlja sistem za upravljanje baterijom koji prati napon i temperaturu svakog modula, izjednačava ćelije i ograničava punjenje da bi baterija ostala u svom bezbednom opsegu. Razumevanje tih ograničenja objašnjava mnoga ponašanja električnih vozila, od predgrevanja baterije pred brzo punjenje do saveta da se izbegava držanje potpuno napunjene baterije po vrućini.