Zakaj se litijevo-jonski avtomobilski startni akumulatorji še vedno ne uporabljajo povsod?

Torej, ko govorimo o avtomobilskih baterijah, razumemo, da govorimo o zaganjalni bateriji – pomembnih organih, ki pomagajo zagnati in zagotavljajo energijo za vaše dobre stare avtomobile z notranjim zgorevanjem. Te so dodatne glede na veliko vlečno baterijo, ki jo električni avtomobili uporabljajo za doseg in moč. Čeprav se tehnologija litijevega iona uporablja vse pogosteje za širok spekter aplikacij, je pri zaganjalnih avtomobilskih baterijah precej redka. V tem članku raziskujemo širšo sliko tega, zakaj, in analiziramo tehnološka, ekonomska in logistična vprašanja, ki so preprečevala povsod prisotno uporabo litij-ionskih baterij na tem področju.

Kaj počnejo zaganjalne avtomobilske baterije?

Vrsta zaganjalnih baterij, ki jih najdete v motorjih vozil, je zasnovana za proizvodnjo kratkega izbruha moči, kar je približno dovolj samo za zagon motorja in zaženem procesa zgorevanja. Prav tako morajo delovati na najboljšem nivoju ne glede na pogoje – zamrzovanje v hladnih zimah, vročine v vročih poletjih ter usklajeno delovanje z elektroniko vozila. Zagon motorja, v nasprotju s baterijami EV, ki so prefinjene za gostoto energije (daljnometne avtomobile), ima popolnoma drugačne zahteve: gostota moči in življenjska doba pri visokomočnih ciklih. Ta točka je pomembna, saj določa merilo, s katerim se bodo primerjavale vse konkurenčne tehnologije baterij, ki težijo k prevzemu takšnih funkcij. Tehnologija litijevega iona je na splošno zrelela, vendar takoj naleti na celo vrsto težav, ko se uporablja za te namene, na kar bomo opozorili v nadaljnjih poglavjih.

Tehnološke in zmogljivostne omejitve

Uporablja se litij-ionska baterija, ki ima višjo gostoto energije in je lažja od tradicionalnega svinčevega akumulatorja. Pri mnogih uporabah ti prednosti vendar niso pomembne. Drugo vprašanje je, kako se obnašajo pri visokih in nizkih temperaturah. V hladnem podnebju lahko litij-ionske celice povzročajo težave, saj zagotavljajo le omejeno število kolenčnih amperov, kar ni dovolj za zagon vozila. Nasprotno pa so svinčeve baterije tudi v takšnih pogojih močne in vedno zagotovijo električno energijo, tudi kadar je mrzlo. Poleg tega omenjena litij-ionska baterija zahteva zapleten nadzor napetosti za preprečevanje prenapolnjevanja in/ali naprave za preprečevanje pretirane izpraznitve, ko se polni s sredstvi za polnjenje v vozilu, kjer ni navada uporabe takšnih sistemov, na primer ker to vozilo potrebuje veliko preprostejše detektorje za svinčeve akumulatorje. Litij-ionske baterije je treba tesno spremljati in upravljati, sicer se lahko poškodujejo ali uničijo, kar dodatno poveča zapletenost in stroške.

Gospodarske in varnostne zadeve

Cena je še en problem pri litij-ionskih startnih baterijah. Proizvodnja jih je znatno dražja kot proizvodnja svinčenih akumulatorjev, ki imajo koristi iz desetletij izpopolnjevanja in učinkovitosti obsega. Tudi pri tej ceni so svinčene baterije le ravno dovolj dobre za večino končnih uporabnikov in proizvajalcev. Varnost je še en kritični dejavnik. Litij-ionska baterija je nevarna ali morda ni varna, če pride do preboditve, segrevanja ali kratek stika. To je tudi eden od razlogov, zakaj so svinčene baterije, čeprav daleč niso popolnoma varne, v primerjavi varnejše/stabilnejše pri ekstremni (avtomobilski) uporabi. Zaradi teh dejavnikov litij-ionske baterije slabo ustrezajo za visokoobsežne startne baterije z vidika gospodarnosti in varnosti.

Razširjenost svinčenih baterij

Obstaja razlog, zakaj je svineča kislinska baterija že več kot 100 let v avtomobilski industriji vloga začetnega voditelja. Zelo so zanesljive in lahko dobavijo visok tok, potreben za zagon motorja, brez hudih posledic zaradi izpraznitve. Še več, tehnologija je dozorela; že obstajajo procesi proizvodnje in recikliranja, ki večino materialov vračajo nazaj v sistem, kar po objavljenih raziskavah pomeni, da je trajnostna. To gre ročke z dejstvom, da se svineče kislinske baterije prilegajo obstoječim arhitekturam vozil in se izkazujejo za nekaj, kar ne zahteva velikih sprememb sistema, na primer pri polnilnih postajah ali električni infrastrukturi. Seveda pa gre tudi za enostavno vgradnjo v druge tehnologije in obrate skupaj z nizkimi stroški, kar jih naredi očitno izbiro. Končni rezultat je, da avtomobilska industrija malo pridobi z menjavo na litij-ionske akumulatorje za zagon, še posebej ob obstoječi svineči kislinski tehnologiji, ki potrošniku zagotavlja mir duha.

Prihodnje možnosti in trendi v industriji

V prihodnosti bi se to lahko spremenilo, vendar naj bi bile te spremembe še vedno robne, kar zadeva zažigalna akumulatorja. Omejitve postajajo vse bolj upravljive zaradi napredkov na področju litijevo-ionskih kemijskih sestavov, vključno z izboljšavami različnih tipov derivatov litijevo-železovega fosfata, ki jih naredijo varnejše in/ali cenovno ugodnejše. Vendar bi se tehnologija morala nadaljevati v razvoju, prakse v industriji in potrošniki pa bi jo morali sprejeti, pravijo opazovalci panoge. Ko vozila vse bolj vključujejo elektronske funkcije in prehajajo na hibridizacijo, se bo povpraševanje po zažigalnih akumulatorjih morda spremenilo, kar bi lahko ustvarilo prostor za litijevo-ionsko tehnologijo. V kratkoročnem bodo svinčeno-kislinski akumulatorji ostali prevladujoča tehnologija, saj imajo uveljavljeno infrastrukturo ter ponujajo gospodarske prednosti. Prehod na nove tehnologije bo bil mešanica ustvarjalnosti in funkcijske nujnosti.

Povzetek: baterije li-ion za avtomobile niso pogoste pri sistemih start-stop zaradi omejitev zmogljivosti in stroškovnih posledic, vprašanj varnosti ter zelo močne uveljavljene uporabe svinčevih akumulatorjev. Tehnologija li-ion je obetavna za druge aplikacije, vendar še vedno ni bila veliko uporabljena za tradicionalni zagon avtomobilov. Ti dejavniki pojasnjujejo, zakaj se inovacije še naprej razvijajo v drugih sektorjih, medtem ko se v avtomobilski industriji uporabljajo preizkušene in preverjene rešitve.