Vil litium-ion-batterier drive biler?

Billedgalleri: Hybridbiler Chevrolet Volt, en plug-in hybrid designet til at køre op til 40 miles på en lithium-ion batteri. Se flere hybridbilbilleder. Alex Wong / Getty Images

En udvikling mod hybrid- og elbiler virker som et naturligt skridt i udviklingen af ​​bilteknologi. Analytikere forudsiger ikke et fald i priserne på olie og ga-soline når som helst, hvilket effektivt skifter bilproducenter til højt gear for at finde den næste bedste måde at køre køretøjer på. Hvis de nylige konceptbiler afsløret af større bilproducenter er nøjagtige forudsigere, Lithium-ion-batterier (Li-ion) kan være den magiske kugle.

Tag f.eks Chevrolet Volt. Dette er General Motors 'plug-in hybrid-konceptbil, der er designet til at køre i 64-kilometer (64,3 km), der strækker sig helt ud af Li-ion-batterier. Derefter vil en lille gasmotor tage over for yderligere 600 miles (965 kilometer). Det betyder, at mange mennesker kunne gennemføre deres daglige pendling uden at brænde en dråbe gas. Derudover planlægger virksomheden at starte dem i massevis inden 2010.

Du kan oplade nogle litium-ion-batterier ved at tilslutte bilen til en stikkontakt. Visioner af Amerika / Joe Sohm / Getty Images

Og Chevrolet er ikke alene om Li-ion-trenden. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler og Saturn forhåndsvisede alle konceptbiler fra 2008, der indeholder Li-ion-batteripakker til grønere kørsler [kilde: Mahoney].

Hvorfor denne fawning over Li-ion-batterier i første omgang? Toyota Prius og to nye hybrider, som virksomheden afsløres i juni 2008, bruger et nikkel-metal-hydridbatteri. I henhold til de seneste EPA-standarder får Prius en samlet 46 mil pr. Gallon - for ikke at nævne, at den har solgt som hotcakes. [kilde: fueleconomy.gov].

Men energimæssigt pakker Li-ion-batterier simpelthen en mere kraftfuld stempel. Li-ion-batterier opbevarer mere energi i mindre rum end de mere traditionelle bly-syre og nikkel-metal-hydrid. Lithium har den mest energitæthed og elektrokemiske potentiale for alle metaller, hvilket er det, der giver det den udholdenhed [kilde: Buchmann]. Nikkel-metalhydridbatterierne i hybrider på vejen er også tunge, hvilket begrænser deres potentiale, hvorimod Li-ion-batterier kan forstærke hastigheden uden at veje bilen ned. På grund af denne egenskab kan du finde mindre versioner af dem i mange forbrugerelektronikprodukter, såsom bærbare computere, mobiltelefoner og iPods.

Men der er et par stød i vejen for, at Li-ion-batterier bliver morgendagens benzin, nemlig sikkerhed, omkostninger og lang levetid. Vi tjekker sikkerhedsspørgsmål på næste side.

-

Lithium-ion batteripakker og celler findes i alle former og størrelser, men de er alle ens. Se, hvordan pakker og celler ser ud på indersiden.

Kan du huske, da bærbare computere sprang i ild i 2006? Det var lithium-ion-batteriet.

Tilfældige eksplosioner fra overophedning var ikke et udbredt problem, men alligevel måtte lithium-ion-batteriproducent Sony, der kom ud med det første kommercialiserede Li-ion-batteri i 1991, huske mere end 6 millioner computere på grund af det [kilde: Lamb ].

Lithium-ion batteripakker og celler findes i alle former og størrelser, men de er alle ens. Se, hvordan pakker og celler ser ud på indersiden.

I et par år siden har Li-ion-batteriet ikke helt gendannet sit ry for sikkerhed. Nu kan du se, hvorfor det at sætte den inde i en bil gør nogle mennesker en lille myr.

Hvorfor er der en chance for eksplosion? Li-ion-batterier fungerer ved at adskille de positive og negative sider med et tyndt lag, kaldet en elektrolyt. Elektrolytten er perforeret for at lade lithiumioner passere fra den ene side af kammeret til den anden og således generere en strøm. Små metalstykker, der er resultatet af fremstillingsprocessen, kan potentielt sidde fast i disse perforeringer og forhindre, at ioner frit flyder. Tryk og varme kan derefter opbygges og forårsage en eksplosion. At lade ionerne bevæge sig for hurtigt kan også føre til overophedning.

Så hvordan fungerer altelektrisk Tesla Roadster formår at pakke 6 831 Li-ion-batterier under hætten uden at risikere en større opblæsning? Teslas energilagringssystem, der driver bilen, er udstyret med et kølesystem, der sikrer, at batterierne ikke overophedes. Det regulerer også hastigheden af ​​strømmen af ​​ioner for at forhindre dem i at genoplades eller drænes for hurtigt.

Da bilfirmaer og videnskabsmænd indser det brede potentiale af Li-ion-batterier, har de hældt tid og penge på at finde måder at reducere enhver sikkerhedsrisiko. For eksempel, nanoteknologi, undersøgelsen af ​​atomer og nanostrukturer kan muligvis forhindre disse farlige eksplosioner. Nye nanomaterialer, såsom nanophosphat, er ikke tilbøjelige til at kortslutte som grafit, den traditionelle Li-ion-elektrolyt [kilde: Peter].

Og når vi taler om tid og penge, inden Li-ion-batterier gør deres store indgang til forbrugernes bilindustri, skal de være billigere og mere varige. Lær hvorfor og hvordan på næste side.

Yesteryear's elbiler

Dagens drivkraft mod elbiler er mere en genoplivning end en revolution. Faktisk var der elektriske vogne i begyndelsen af ​​1800-tallet, længe før forbrændingsmotoren. I vores tid kom både Toyota og General Motors ud med elbilmodeller i slutningen af ​​90'erne, som de til sidst trak fra produktionen.

GM EV-1: General Motors frigav et lille antal af disse elektriske sedans i 1996, men kun til leasing. Det trak alle modeller i 2003 efter at have brugt en rapporteret $ 1 milliard dollar på udvikling [kilde: CBS News]. TIME Magazine udpegede det også til en af ​​de "50 værste biler af alle tid" på grund af dets begrænsede rækkevidde og høje produktionsomkostninger [kilde: TIME].

Toyota RAV4-EV: Den elektriske version af den velkendte RAV SUV. Ligesom EV-1 stoppede Toyota med at fremstille denne model i 2003. Ifølge virksomheden har den hermetiseret bilen på grund af et svagt salg og upraktiskheden af ​​dets energibesparende batteri, der koster mere at udskifte end hele køretøjet [kilde: Toyota].

Den glatte Tesla er til rådighed for mere end $ 100.000 delvis på grund af de høje priser på Lithium-ion-batterier. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

Tesla Roadster kan gå svarende til 256 miles pr. Gallon. Tilslut det bare natten over, så kan du gå op til 402 kilometer uden at stoppe ved tankstationen. Men der er en fangst - en 2009-model tilbydes for mere end $ 100.000.

En del af den heftige pris er den slanke, sportsbils design og bekvemmeligheder og kraften til at gå fra nul til 60 mil i timen på under fire sekunder - en acceleration, der rangerer blandt de bedst præsterende benzin-sportsbiler. Men den magt er ikke billig. Faktisk er Li-ion-batterier omkring fire til fem gange dyrere end nikkel-metalhydrid [kilde: Popely]. Da de pakker, der er i stand til bil, kan koste mellem $ 10.000 og $ 15.000 hver, vil det at finde et billigere alternativ være en stor hindring for bilfirmaer, der ønsker at markedsføre dem [kilde: Popely].

Der er også et problem med batteriets levetid. Ligesom de AA-batterier, du lægger i din tv-fjernbetjening, dør Li-ion-batterier til sidst. Selv hvis du ikke bruger dem, begynder de at nedbrydes, så snart de er lavet. Du kan oplade dem, men kun en begrænset mængde gange. Det er som at prøve at fylde en kande vand, der har et lille hul, der bliver større og større ved hver brug.

Vi måler batteriets levetid i cyklusens levetid, eller antallet af gange, du kan nedkøre det, oplade det og bruge det igen. Med Li-ion-batterier giver du et 100 procent fuldt opladet batteri en længere individuel cykluslevetid, men reducerer det samlede antal cyklusser, du får fra det. Af den grund tillader Tesla Roadster ikke, at du oplader mere end 95 procent af den originale magt eller lader den løbe ned til under 2 procent [kilde: Eberhard og Straubel]. Virksomheden projicerer også batteripakken til at vare 100.000 miles eller fem år. På det tidspunkt bliver du nødt til at udskifte batteriet.

Som med sikkerhedsproblemet leder forskere efter et længerevarende Lithium-alternativ. Og endnu en gang ser nanoteknologi ud til at være førende i pakken med mulige løsninger. Et selskab, Altair Nanotechnologies, annoncerede i 2006, at det havde fundet et nyt materiale, der langt fra ville overgå Li-ion-batterier og genoplades hurtigere til samme pris, kaldet lithium titanate [kilde: Bullis]. Det canadiske bilfirma Phoenix Motorcars bruger litiumtitanatbatterier i sin serie af elektriske biler, der har en rækkevidde på 100 mile.

Toshiba er også kommet ud med et hurtigopladende Li-ion-batteri oprindeligt til cykler og konstruktionskøretøjer, som det til sidst vil teste i biler [kilde: MSNBC]. I juni 2008 offentliggjorde Toyota også planer om at gå sammen med det firma, der producerer sine nuværende hybridbatterier til at udvikle Li-ion-batterier inden 2009 [kilde: Kim].

Med så meget energi, der går i Li-ion-batteriudvikling, er der en stor mulighed for, at de kunne brændstof på vores biler i den nærmeste fremtid. For mere information om morgendagens biler og relateret information, se linkene på næste side.

-

relaterede artikler

• Quiz Corner: Battery Quiz
• Sådan fungerer elbiler
• Sådan fungerer brændselsceller
• Sådan fungerer hybridbiler
• Sådan fungerer smartbilen
• Sådan fungerer Aptera Hybrid
• Sådan fungerer iQ-bilen
• Sådan fungerer gaspriser

Flere gode links

• FuelEconomy.gov
• Chevrolet Volt
• Tesla Motors

Kilder

• Buchmann, Isidor. "Er lithium-ion det ideelle batteri?" Battery University. Opdateret november 2006. (26. juni 2008)
• Bullis, Kevin. "Litium-ion-bilen." Technology Review. MIT. 24. marts 2006. (26. juni 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
• Cotta, Rick. "Hybride batterier: Ingen værre at bruge?" Forbrugervejledning Auto. (1. juli 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
• Eberhard, Martin og Straubel, JB. "Lidt om batterier." Tesla Motors. 30. november 2006. (26. juni 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
• Hall, Kevin G. "Høje oliepriser brændstofudvikling af nye hybridbatterier." McClatchy Aviser. 8. juni 2008. (26. juni 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
• Kim, Chang-Ran. "Toyota starter lithium-ion-batteriproduktion 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. "Søg efter et bedre batteri holder og kører." Christian Science Monitor. 18. september 2006. (26. juni 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
• LaReau, Jamie. "GM's Lutz taler lithium-ion-batterier, biler og Toyota." Automotive News. 19. november 2007.
• Mahoney, Patrick G. "Konceptbiler i en anden farve ... Grøn." Maskindesign. 10. april 2008. (26. juni 2008)
• MSNBC personale. "Gennembrudsbatteri til elbiler?" MSNBC. 13. december 2007. (26. juni 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
• Peter, Tom A. "Battery Tech begynder at fange op til High Tech." Christian Science Monitor. 15. marts 2007. (26. juni 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
• Skønt, Rick. "Batteridrevet billøb er slået til: På trods af aktuelle omkostninger og sikkerhedsmæssige betænkeligheder ser bilproducenter plug-ins og hybrider som middel mod fremtidige $ 5-a-gallon benzin." McClatchy - Tribune Business News. 18. juni 2008. (26. juni 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story