Varför används litiumjonbatterier för bilstart inte mer allmänt?

När vi talar om bilbatterier handlar det alltså om startbatteriet – de livsviktiga organen som hjälper till att starta och förse din gamla goda förbränningsmotordrivna bil med ström. Dessa finns utöver den stora drivbatteri som elfordon använder för både räckvidd och effekt. Även om Li-Ion-teknik används allt oftare inom ett brett spektrum av tillämpningar är det relativt ovanligt när det gäller bilstartbatterier. I denna artikel undersöker vi den större bilden bakom detta, genom att analysera tekniska, ekonomiska och logistiska faktorer som hindrat att litiumjonbatterier blivit allmänt spridda inom detta område.

Vad gör startbatterier i bilar?

De startbatterier du hittar i motorfordon är utformade för att generera en kort kraftpuls, ungefär tillräckligt för att få igång motorn och påbörja förbränningen. De måste också prestera optimalt oavsett omständigheter – fruktansvärt kalla vintrar, skoningslöst heta somrar – samt fungera i harmoni med fordonets elektronik. Start av förbränningsmotor, till skillnad från EV-batterier som är noggrant optimerade för energitäthet (långa räckvidder), har helt andra krav: effekttäthet och livslängd vid högprestandacykler. Detta är viktigt eftersom det sätter de högsta kraven mot vilka alla konkurrerande batteriteknologier, som syftar till att ta över dessa funktioner, kommer att jämföras. Litiumjon-teknologin är generellt mogen, men stöter direkt på en rad problem när den används i dessa applikationer, vilket vi kommer att beröra i avsnitten nedan.

Tekniska och prestandamässiga begränsningar

Litiumjonbatteriet används, och ersätter då den traditionella bly-syra-ackumulatorn, har högre energitäthet och väger mindre. För många tillämpningar ger dock dessa fördelar mindre nytta. En annan fråga är hur de klarar sig i varma och kalla temperaturer. I kallt klimat kan litiumjonceller vara besvärliga eftersom de endast ger en viss mängd startström, vilket inte räcker till för att starta fordonet. Däremot är bly-syra-batterier fortfarande starka under sådana förhållanden och kan alltid leverera ström även när det blir kallt. Dessutom kräver det ovan nämnda litiumjonbatteriet komplicerad överladdningsskyddande spänningsövervakning och/eller enheter som förhindrar urladdning när det laddas med laddningsmetoder i ett fordon där det inte är anpassat, till exempel därför att det fordonet endast behöver mycket enklare bly-syra-detektorer. Litiumjonbatterier måste också noga övervakas och hanteras, annars kan de skadas eller förstöras, vilket lägger till ytterligare komplexitet och kostnader.

Ekonomiska och säkerhetsmässiga överväganden

Priset är ett annat problem med litiumjon-startbatterier. De är avsevärt dyrare att tillverka än bly-syra-batterier, vilka har haft nytta av årtionden av förbättringar och stordriftsfördelar. Även till detta pris räcker dock bly-syra-batterier precis ikapp för majoriteten av slutanvändare och producenter. Säkerhet är en annan avgörande faktor. Litiumjonbatterier kan vara farliga eller inte säkra om batteriet skadas, värms upp eller kortsluts. Detta är också en av anledningarna till att bly-syra-batterier, trots att de långt ifrån är helt säkra, ändå är säkrare/mer stabila i tuff (fordonsrelaterad) användning. På grund av dessa faktorer är litiumjon olämpligt för högvolymstartbatterier ur både ekonomisk och säkerhetsmässig synvinkel.

Förekomst av bly-syra-batterier

Det finns en anledning till att bly-syra-batteriet har funnits i mer än 100 år som startkraft i fordon. De är mycket pålitliga och kan leverera den höga ström som krävs för att starta en motor utan allvarlig försämring vid urladdning. Dessutom är tekniken mogen; den har redan etablerade tillverknings- och återvinningsprocesser som återför de flesta materialen, enligt publicerad forskning som anger att det är hållbart. Detta kombineras med att bly-syra-batterier passar in i befintliga fordonssystem och visar sig vara något som inte kräver större systemförändringar i saker som laddstationer eller elinfrastruktur. Det är naturligtvis enkelheten i att integrera dem i annan teknik och fabriker tillsammans med deras låga kostnad som gör dem till ett uppenbart val. Slutsatsen är att bilindustrin har liten nytta av att byta till litiumjon för start, särskilt när den etablerade bly-syra-tekniken ger konsumenterna trygghet.

Framtida möjligheter och branschtrender

Detta kan i framtiden bli en helt annan historia när det gäller startbatterier, men förvänta er att dessa förändringar kommer att vara marginella. Dessa begränsningar blir dock allt mer hanterbara tack vare framsteg inom litiumjonkemin, inklusive uppdateringar av de olika varianterna av derivat av litiumjärnfosfat som gör dem säkrare och/eller kostnadseffektivare. Men tekniken måste utvecklas, och branschens rutiner och konsumenter måste anpassa sig därefter, säger branschobservatörer. När fordon introducerar fler elektroniska funktioner och går mot hybridisering kan efterfrågan på startbatterier förändras, vilket potentiellt kan skapa ett utrymme för litiumjon. Men bly-syra-batterier kommer att fortsätta vara ledande teknik på kort sikt, eftersom de har en etablerad infrastruktur och erbjuder ekonomiska fördelar. Övergången till nya teknologier kommer att bli en blandning av skapande och funktionell nödvändighet.

Sammanfattningsvis är litiumjonbatterier för bilar inte vanliga i start-stopp-system på grund av prestandabegränsningar och kostnadsaspekter, säkerhetsproblem samt den mycket starka etablerade basen av bly-syra-teknik. Litiumjon är en lovande teknik för andra tillämpningar, men har hittills fått relativt liten genomslagskraft inom traditionell bilstart. Dessa förutsättningar förklarar varför innovation fortfarande utvecklas inom andra sektorer, medan beprövade lösningar anses vara det som gäller inom fordonssektorn.