Czy baterie litowo-jonowe zrewolucjonizują motoryzację? Niekoniecznie.

Choć samochody elektryczne istnieją niemalże od 200 lat, to właśnie one wymieniane są jako przyszłość motoryzacji, która wciąż czeka na swoją rewolucję. Sposób, w jaki magazynujemy energię, uzależnia popularyzację pojazdów. Bez taniego i efektywnego sposobu na przechowywanie prądu wszystkie „elektryki” będą bezużyteczne. Warto więc zadać sobie pytanie, jak działają akumulatory litowe i w jaki sposób jesteśmy w stanie magazynować ten rodzaj energii?

Różne technologie, jeden cel

Czym jest ogniwo, a czym bateria i akumulator? Ogniwo elektrochemiczne to zbiorcza nazwa urządzeń służących do przetwarzania energii chemicznej na elektryczną i odwrotnie. Składa się ono z dwóch elektrod – anody i katody oraz z elektrolitu, którym przepływają jony. W czasie pracy elektrody reagują z elektrolitem, czego efektem jest przepływ ładunku elektrycznego. W przypadku baterii reakcja chemiczna jest jednorazowa i po wyczerpaniu się substancji energia elektryczna przestaje być wytwarzana. Natomiast w przypadku akumulatorów proces ten może być odwrócony przez podłączenie zewnętrznego źródła energii elektrycznej i przeprowadzenie elektrolizy.

Obecnie najpopularniejszymi zespołami ogniw są akumulatory litowo-jonowe. Zastosowanie litu dyktują właściwości tego pierwiastka. Jest on lekkim metalem o gęstości energii wynoszącej 3860 mAh. Z tego powodu wyparł z rynku ogniwa niklowo-kadmowe, ponieważ, pozwala on na zgromadzenie dwukrotnie większego ładunku w akumulatorze o mniejszych gabarytach. Przewagą litu jest również stosunkowo wysokie napięcie oraz powolne rozładowywanie.

Przeczytaj również:

Jak działa bateria litowo-jonowa?

We współczesnych akumulatorach litowo-jonowych elektrody ujemne zbudowane są z węgla lub grafitu, dodatnie zaś z litu. W układzie tym znajduje się ponadto elektrolit w postaci soli tego metalu. Podczas ładowania napięcie jest podawane na elektrodę dodatnią, co powoduje oddzielenie elektronów od atomów litu. W ten sposób powstają jony, które przepływają przez elektrolit do elektrody ujemnej, a proces ten powoduje zmagazynowanie energii elektrycznej w postaci chemicznej.

Podczas rozładowywania elektrody oddają jony litu z powrotem do elektrolitu. Te następnie przepływają do elektrody ujemnej, uwalniając przy tym energię elektryczną, którą można wykorzystać do zasilania odbiorników energii, np. silników elektrycznych.

Czy samochody elektryczne to przyszłość motoryzacji?

Rewolucja w motoryzacji cały czas trwa i wcale nie jest pewne, że to akumulatory będą źródłem energii dla samochodów. Choć sama koncepcja pojazdu elektrycznego ma wiele zalet, to akumulatory mają sporo wad. Zasięg „elektryków” nie dorównuje samochodom spalinowym, a do tego zimą jest zdecydowanie krótszy. Badanie na ten temat przeprowadziła amerykańska firma Recurrent. Wzięło w nim udział 7 tys. kierowców pojazdów elektrycznych. Okazało się, że w niskich temperaturach zasięg zmniejsza się średnio o 32 proc. Również wysokie temperatury mają negatywny wpływ na akumulatory, ponieważ powodują degradację ogniw.

Pozostaje jeszcze kwestia infrastruktury, która jest potrzebna do ładowania pojazdów. Podróżowanie po Europie samochodem elektrycznym jest trudn ze względu na nierównomierne rozmieszczenie ładowarek. W Polsce jest jeszcze gorzej. Nad Wisłą mamy bowiem 2680 stacji, czyli na jedną przypada średnio 13,3 pojazdów.

Dostępne alternatywy

Wśród alternatywnych rozwiązań można wymienić samochody na wodór. De facto też są napędzane energią elektryczną, ale ta jest wytwarzana przez ogniwo paliwowe znajdujące się w pojeździe. Inną propozycją są biopaliwa, które zmniejszają emisję szkodliwych substancji.

Najbardziej przystępne cenowo są samochody hybrydowe, które mają fabrycznie zamontowaną instalację gazową. Łączą one w sobie pozytywne cechy samochodów elektrycznych i spalinowych. 

Każda z powyższych technologii ma swoje wady. Barierą w rozwoju napędów wodorowych jest magazynowanie tego gazu, ponieważ jego cząsteczki przenikają przez większość znanych materiałów. Inną przeszkodą jest pozyskiwanie wodoru, które obecnie odbywa się przy użyciu metanu. W efekcie do atmosfery emitowany jest dwutlenek węgla, co sprawia, że proces jest nieekologiczny. Biopaliwa i hybrydy wydają się  rozwiązaniem tymczasowym. Gra o przyszłość motoryzacji wciąż się toczy i wcale niewiele przesądza, że to samochody w pełni elektryczne będą królowały na drogach.

Źródła:

1. Patric Sisson, „MIT Technology Review”, „How does an EV battery actually work?”, 2023
2. „Recurrent auto”, „Winter & Cold Weather EV Range Loss in 7,000 Cars”, 2022
3. „Europejski Trybunał Obrachunkowy”, „Infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych”, 2021
4. Maury Glover, „Fox9”, „Electric vehicles in winter: How much does the cold weather reduce battery range?”

Przeczytaj również: