Μπαταρίες Νικελίου Λιθίου για την ηλεκτροκίνηση

Οι μπαταρίες Νικελίου και Λιθίου χρησιμοποιούνται στα σημερινά υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα και παραθέτουμε ορισμένα στοιχεία για αυτές για να γνωρίζουμε τα υπέρ, τα κατά και τις διαφορές τους.
Μπαταρίες Νικελίου.
Oι μπαταρίες αυτές χρησιμοποιούν το νικέλιο στο θετικό ηλεκτρόδιο τους.
Υπάρχουν δύο είδη μπαταριών νικελίου ικανά για εφαρμογές σε υβριδικά οχήματα.
νικελίου – καδμίου (NiCd) καιlithioy
-για τα νικελίου- υδριδίου μετάλλου (NiMH)
Οι μπαταρίες NiCad διαφέρουν στον τρόπο λειτουργίας τους, συγκριτικά με τις οξέος- μολύβδου στα εξής :
– Σε αντίθεση με τις lead – acid, κατά την εκφόρτιση του cell χάνεται νερό, με συνέπεια το διάλυμα του ηλεκτρολύτη να γίνεται συνεχώς πιο πυκνό.
– λειτουργεί σε ακραίες θερμοκρασίες από -40 μέχρι 80 βαθμούς Κελσίου.
έχουν κατά 1.3 φορές μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα
-δεν επηρεάζεται τόσο πολύ από την μεταβολή της θερμοκρασίας
-μπορούν να φορτιστούν σε μικρό χρονικό διάστημα
-μπορούν να ανακτήσουν την χωρητικότητα τους αν μείνουν αφόρτιστες για μεγάλο χρονικό διάστημα.
– έχει σταθερότητα στης λειτουργίας τους και επομένως έχει χαμηλούς ρυθμούς αυτοεκφόρτισης.
Το μειονέκτημα αυτών των συσσωρευτών είναι :

– το μεγάλο κόστος,lithioy2
– το μεγάλο κόστος περισυλλογής τους και
– ότι το Cd μολύνει το περιβάλλον.
Επιπλέον μειονέκτημα της NiCad είναι η χαμηλή τάση ανά cell που παρέχει, που σημαίνει αύξηση του αριθμού των cells και του κόστους αγοράς.
Επιπλέον μειονέκτημα είναι η μεγάλη εσωτερική αντίσταση συγκριτικά με την οξέος – μολύβδου με αποτέλεσμα να έχουμε υψηλότερη κατανάλωση ισχύος στο εσωτερικό της μπαταρίας.
Οι μπαταρίες νικελίου – μετάλλου υδριδίου αποτελούν δοκιμασμένη λύση αφού χρησιμοποιούνται, ήδη, σε υβριδικά οχήματα της TOYOTA (PRIUS) και της LEXUS( RX400h, 450h και αλλού) διακρίνονται από τις νικελίου – καδμίου, επειδή το αρνητικό ηλεκτρόδιο τους απαλλάσσεται από κάδμιο και κατασκευάζεται από άλλο μέταλλο.
Οι μπαταρίες αυτές έχουν ακόμη μεγαλύτερη πυκνότητα,1,7 φορές, μεγαλύτερη από αυτή των μπαταριών του μολύβδου που φτάνει τα 70Wh/kg.
Στο αρνητικό του ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται ένα κράμα από μια επεξεργασμένη αλόη από βανάδιο, τιτάνιο, νικέλιο και άλλα μέταλλα που έχει την ικανότητα να απορροφά το υδρογόνο.
Πλεονεκτήματα
-μεγάλη διάρκεια ζωής
-μεγάλη αξιοπιστία
-κόστος μικρό σε σχέση με τις μπαταρίες λιθίου.
-οι επιδράσεις των μπαταριών NiMH στο περιβάλλον, αυτές είναι τουλάχιστον πολύ πιο φιλικές από τις μπαταρίες NiCd που περιέχουν το δηλητηριώδες κάδμιο
-μπορούν να διαχειριστούν τα υψηλής έντασης ρεύματα διατηρώντας την πλήρη χωρητικότητα τους
-στην περίπτωση της αποφόρτισης λόγω της μικρής τους εσωτερικής αντίστασης, μπορούν και τροφοδοτούν το σύστημα με σταθερή περίπου τάση μέχρι να αποφορτιστούν πλήρως.

Μειονεκτήματα
Η απόδοση της μπαταρίας επηρεάζεται αρνητικά από τις υψηλές θερμοκρασίες είναι αναγκαία η ψύξη του στοιχείου. Ένας τρόπος ψύξης, που εφαρμόζεται, είναι η προσαρμογή ανεμιστήρων στο κάλυμμα της μπαταρίας.

Μπαταρία Λιθίου-Ιόντων Li- ion.
Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια έντονη προσπάθεια ανάπτυξης και χρησιμοποίησης στο χώρο των υβριδικών οχημάτων ενός αλλού είδους μπαταρίας, της μπαταρίας ιόντων Λιθίου (Lithium-ion).
Οι μπαταρίες είναι επαναφορτιζόμενες και χρησιμοποιούνται ευρέως στα κάθε είδους
ηλεκτρονικά.
Το θετικό ηλεκτρόδιο των μπαταριών Λιθίου-ιόντων (Lithium-ion ή Li-ion) είναι κατασκευασμένο από οξειδωμένο κοβάλτιο ενώ το αρνητικό ηλεκτρόδιο κατασκευάζεται από άνθρακα. Σαν ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται άλας λιθίου μέσα σε οργανικό διαλύτη.

lithioy4

lithioy3

Πλεονεκτήματα
-χωρίς “φαινόμενο μνήμης”
-αργό ρυθμό αποφόρτισης όταν δεν
χρησιμοποιούνται.
-υψηλή ενεργειακή πυκνότητας της τάξης των 100W/kg, ,
-Είναι ελαφρύτερες από άλλες ισοδύναμες μπαταρίες
-Το λίθιο είναι το τρίτο πιο ελαφρύ χημικό
στοιχείο
-χαμηλό ρυθμό αυτοεκφόρτισης
-μεγάλη διάρκεια ζωής που κυμαίνεται περίπου στους 1000 κύκλους φόρτισης.
Μοναδικό μειονέκτημα, ωστόσο, των μπαταριών Li-ion είναι ότι η διάρκεια ζωής τους εξαρτάται και από το χρόνο που έχει περάσει από τη στιγμή της κατασκευής τους, ανεξάρτητα από το αν αυτές έχουν φορτιστεί και ανεξάρτητα από τον αριθμό των κύκλων φόρτισης/αποφόρτισης.
Η μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας ξεκινά λοιπόν από τη στιγμή της κατασκευής της, ανεξάρτητα αν αυτή χρησιμοποιείται και εξαρτάται από τη θερμοκρασία αποθήκευσης.

    lithioy5