Akun sisäinen rakenne: suuri kapasiteetti

Odotamme innolla uutta puhtaan energian laajan käytön aikakautta. Aikakauden ikonisessa kohtauksessa saattaa nähdä uusia autoja, kuten Teslan sähköautoja, ajavan kaduilla, ei bensiinillä vaan täyteen ladatuilla litiumakuilla. Matkan varrella olevat huoltoasemat korvataan latausasemilla. Viimeisin uutinen on, että Shanghain kaupunki on nyt ilmoittanut Teslan sähköautojen lisenssivapaasta politiikasta ja tukee niiden nopeampaa ahtimien valmistusta Kiinassa.

Mutta valoisaa tulevaisuutta voi hämärtää se tosiasia, että sähköautojen akut eivät eroa niin paljon matkapuhelimien akuista. Matkapuhelimen käyttäjät ovat usein huolissaan akun kestosta. Monien puhelimet ovat täynnä aamulla, ja iltapäivän lähestyessä niitä on tarpeen ladata kerran päivässä. Kannettavissa tietokoneissa on sama ongelma, ja mehu voi loppua muutamassa tunnissa. Sähköautojen käyttökelpoisuus on kyseenalaistettu, koska ne eivät kulje tarpeeksi kauas törmätäkseen ja niitä on ladattava usein. Teslan malli on tällä hetkellä markkinoiden ainoa sähköauto, mikä on saavutus. Malli on silmiinpistävin, sillä sen toimintasäde on 480 kilometriä yhdellä latauksella.

Miksi akut eivät kestä? Energian määrää, jonka aine voi varastoida tiettyyn tilaan, kutsutaan energiatiheydeksi. Akun energiatiheys on alhainen. Kiloa kohden tuotetussa energiassa voimme käyttää jopa 50 megajoulea bensiiniä päivässä, kun taas litiumparistot keskimäärin alle 1 megajoulea. Myös muun tyyppiset akut liikkuvat erittäin alhaisella tasolla. On selvää, että emme voi tehdä akusta ääretöntä; Akun kapasiteetin lisäämiseksi voimme keskittyä vain akun energiatiheyden parantamiseen, mutta vaikeuksia on monia. Mitä vaikeuksia tässä tekniikassa on? Toimittaja haastatteli Zhejiangin yliopiston kemian apulaisprofessoria Liu Runia ja analysoi yleisesti käytetyn litiumakun (lyhennettynä litiumakun) sisäisen rakenteen mysteeriä.

Elektrolyytit ovat erittäin tärkeitä

Elektronien siirron ansiosta akku voi tuottaa energiaa. Kun akku on kytketty piiriin, kytkin on pois päältä ja virta on päällä. Tässä vaiheessa elektronit pakenevat negatiivisesta navasta ja virtaavat piirin läpi positiiviseen napaan. Prosessissa elektroniikka pitää puhelimesi toiminnassa, aivan kuten ajettaessa Teslan sähköautoa.

Litiumakkujen elektronit syötetään litiumilla. Jos täytät akun litiumilla, eikö energiatiheys kasva? Valitettavasti, jotta litiumakku olisi ladattava, sen sisäinen rakenne on arvioitava sen ominaisenergiatiheyden perusteella. Liu huomautti, että litiumakkujen sisäinen rakenne sisältää elektrolyyttejä, negatiivisia tietoja, positiivisia tietoja ja aukkoja, joista jokaisella on oma erityinen prosessinsa, jolla on ainutlaatuinen rooli ja se on välttämätön. Tämä rakenne rajoittaa litiumioniakkujen energiatiheyttä.

Ensimmäinen niistä on elektrolyytit, jotka ovat välttämättömiä putkia akuissa. Kun akku purkautuu, litiumatomit menettävät elektroninsa ja muuttuvat litiumioneiksi, ja latautuessaan ne joutuvat kulkemaan akun päästä toiseen ja takaisin. Liu sanoi. Elektrolyytti pitää litiumionit akun pohjois- ja etelänavoilla avainasemassa jatkuvaan akun kiertoon. Elektrolyytit ovat kuin joet, litiumionit ovat kuin kalat. Jos joki on kuiva ja kalat eivät pääse toiselle puolelle, litiumakut eivät toimi kunnolla.

Elektrolyytin kauneus on, että se kuljettaa vain litiumioneja, ei elektroneja, mikä varmistaa, että akku purkautuu vain, kun piiri on kytketty. Samanaikaisesti litiumionit liikkuvat elektrolyytin mukaan järjestyneellä ja tarkasti määritellyllä tavalla, joten elektronit liikkuvat aina yhteen suuntaan ja muodostavat virran.

Vakaat positiiviset ja negatiiviset navat

Elektrolyytit eivät tuota virtaa, mutta ne ovat raskaita ja välttämättömiä litiumioniakuille. Joten miksi ei ole enemmän negatiivista tietoa grafiitista? Grafiitti, lyijykynän johtojen valmistukseen käytetty materiaali, ei ole vastuussa elektronien tuottamisesta. “Tämän tarkoituksena on varmistaa, että latausaika on oikea”, Liu sanoi.