Werden Lithium-Ionen-Batterien Autos antreiben?

Bildergalerie: Hybridautos Der Chevrolet Volt, ein Plug-in-Hybrid, der mit einem Lithium-Ionen-Akku bis zu 60 km lang ist. Sehen Sie mehr Hybridautobilder. Alex Wong / Getty Images

Ein Fortschritt in Richtung Hybrid- und Elektroautos scheint ein natürlicher Schritt in der Entwicklung der Automobiltechnologie zu sein. Analysten prognostizieren keinen baldigen Rückgang der Öl- und Benzinpreise, was die Autohersteller effektiv auf Hochtouren bringt, um den nächstbesten Weg zum Antrieb von Fahrzeugen zu finden. Wenn die jüngsten Konzeptautos, die von großen Autoherstellern enthüllt wurden, genaue Prädiktoren sind, Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) kann diese magische Kugel sein.

Nehmen Sie zum Beispiel die Chevrolet Volt. Dies ist das Plug-in-Hybrid-Konzeptauto von General Motors, das für 64,3 Kilometer ausgelegt ist und sich vollständig aus Li-Ionen-Batterien zusammensetzt. Danach übernimmt ein kleiner Gasmotor weitere 965 Kilometer. Das bedeutet, dass viele Menschen ihren täglichen Pendelverkehr beenden können, ohne einen Tropfen Benzin zu verbrennen. Darüber hinaus plant das Unternehmen, sie bis 2010 massenhaft auf den Markt zu bringen.

Sie können einige Lithium-Ionen-Batterien aufladen, indem Sie das Auto an eine Steckdose anschließen. Visionen von Amerika / Joe Sohm / Getty Images

Und Chevrolet ist im Li-Ion-Trend nicht allein. Jeep, Cadillac, Dodge, Land Rover, Chrysler und Saturn haben 2008 eine Vorschau auf Konzeptautos mit Li-Ionen-Akkus für umweltfreundlicheres Fahren vorgestellt [Quelle: Mahoney].

Warum überhaupt über Li-Ionen-Batterien kriechen? Der Toyota Prius und zwei neue Hybride, die das Unternehmen im Juni 2008 vorgestellt hat, verwenden eine Nickel-Metallhydrid-Batterie. Nach den neuesten EPA-Standards erhält der Prius zusammen 46 Meilen pro Gallone - ganz zu schweigen davon, dass er sich wie Hotcakes verkauft hat. [Quelle: kraftstoffökonomie.gov].

In energetischer Hinsicht bieten Li-Ionen-Akkus einfach einen stärkeren Durchschlag. Li-Ionen-Batterien speichern auf kleinerem Raum mehr Energie als herkömmliche Blei-Säure- und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Lithium hat die höchste Energiedichte und das höchste elektrochemische Potenzial aller Metalle, was ihm diese Ausdauer verleiht [Quelle: Buchmann]. Die Nickel-Metallhydrid-Batterien in Hybriden auf der Straße sind ebenfalls schwer und begrenzen ihr Potenzial, während Li-Ionen-Batterien die Geschwindigkeit steigern können, ohne das Auto zu beschweren. Aufgrund dieser Eigenschaft finden Sie kleinere Versionen in vielen Unterhaltungselektronikprodukten wie Laptops, Mobiltelefonen und iPods.

Es gibt jedoch einige Probleme, mit denen Li-Ionen-Batterien zum Benzin von morgen werden können, nämlich Sicherheit, Kosten und Langlebigkeit. Wir werden die Sicherheitsprobleme auf der nächsten Seite überprüfen.

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Lithium-Ionen-Akkus und -Zellen gibt es in allen Formen und Größen, aber alle sind ähnlich. Überprüfen Sie, wie die Packungen und Zellen auf der Innenseite aussehen.

Erinnerst du dich, als 2006 Laptops in Flammen aufbrachen? Es war die Lithium-Ionen-Batterie.

Zufällige Explosionen durch Überhitzung waren kein weit verbreitetes Problem, dennoch musste der Lithium-Ionen-Batteriehersteller Sony, der 1991 den ersten kommerziellen Li-Ionen-Akku herausbrachte, mehr als 6 Millionen Computer zurückrufen [Quelle: Lamb ]].

Lithium-Ionen-Akkus und -Zellen gibt es in allen Formen und Größen, aber alle sind ähnlich. Überprüfen Sie, wie die Packungen und Zellen auf der Innenseite aussehen.

In den letzten Jahren hat der Li-Ionen-Akku seinen Ruf für Sicherheit nicht vollständig wiederhergestellt. Jetzt können Sie sehen, warum das Einsetzen in ein Auto manche Leute ein wenig nervös macht.

Warum besteht Explosionsgefahr? Li-Ionen-Batterien trennen ihre positiven und negativen Seiten durch eine dünne Schicht, die als Elektrolyt. Der Elektrolyt ist perforiert, damit die Lithiumionen von einer Seite der Kammer zur anderen gelangen können, wodurch ein Strom erzeugt wird. Winzige Metallteile, die beim Herstellungsprozess entstehen, können möglicherweise in diesen Perforationen stecken bleiben und verhindern, dass die Ionen frei fließen. Dann können sich Druck und Wärme aufbauen und eine Explosion verursachen. Wenn sich die Ionen zu schnell bewegen, kann dies ebenfalls zu einer Überhitzung führen.

Wie funktioniert das vollelektrisch? Tesla Roadster es schaffen, 6.831 Li-Ionen-Batterien unter die Haube zu packen, ohne eine größere Explosion zu riskieren? Das Energiespeichersystem des Tesla, das das Auto antreibt, ist mit einem Kühlsystem ausgestattet, das sicherstellt, dass die Batterien nicht überhitzen. Es reguliert auch die Geschwindigkeit des Ionenflusses, um zu verhindern, dass sie sich zu schnell wieder aufladen oder entleeren.

Da Automobilhersteller und Wissenschaftler das breite Potenzial von Li-Ionen-Batterien erkennen, haben sie Zeit und Geld investiert, um Wege zu finden, um Sicherheitsrisiken zu verringern. Zum Beispiel, Nanotechnologie, Die Untersuchung von Atomen und Nanostrukturen kann diese gefährlichen Explosionen möglicherweise verhindern. Neue Nanomaterialien wie Nanophosphat neigen nicht dazu, einen Kurzschluss zu verursachen, wie Graphit, der traditionelle Li-Ionen-Elektrolyt [Quelle: Peter].

Apropos Zeit und Geld: Bevor Li-Ionen-Batterien ihren großen Einstieg in die Automobilindustrie finden, müssen sie billiger und langlebiger sein. Erfahren Sie auf der nächsten Seite, warum und wie.

Elektroautos von gestern

Der heutige Trend zu Elektroautos ist eher eine Wiederbelebung als eine Revolution. Tatsächlich gab es im frühen 19. Jahrhundert, lange vor dem Verbrennungsmotor, elektrische Wagen. In unserer Zeit haben sowohl Toyota als auch General Motors Ende der 90er Jahre Elektroautomodelle herausgebracht, die sie schließlich aus der Produktion genommen haben.

GM EV-1: General Motors hat 1996 eine kleine Anzahl dieser elektrischen Limousinen herausgebracht, jedoch nur zur Vermietung. Es zog alle Modelle im Jahr 2003, nachdem eine Milliarde US-Dollar für die Entwicklung ausgegeben wurden [Quelle: CBS News]. Das TIME Magazine nannte es aufgrund seiner begrenzten Reichweite und hohen Produktionskosten auch eines der "50 schlechtesten Autos aller Zeiten" [Quelle: TIME].

Toyota RAV4-EV: Die elektrische Version des bekannten RAV SUV. Wie der EV-1 stellte Toyota 2003 die Produktion dieses Modells ein. Nach Angaben des Unternehmens wurde das Auto aufgrund der schleppenden Verkäufe und der Unpraktikabilität seiner energiesparenden Batterie, deren Austausch mehr kostete als das gesamte Fahrzeug, aus der Dose genommen [Quelle: Toyota]..

Der Slick Tesla kostet unter anderem wegen der hohen Preise für Lithium-Ionen-Batterien mehr als 100.000 US-Dollar. Mike Gaustella / WireImage / Getty Images

Der Tesla Roadster kann umgerechnet 256 Meilen pro Gallone fahren. Schließen Sie es einfach über Nacht an und Sie können bis zu 402 Kilometer weit fahren, ohne an der Tankstelle vorbeizuschauen. Aber es gibt einen Haken: Ein Modell aus dem Jahr 2009 kostet mehr als 100.000 US-Dollar.

Ein Teil dieses hohen Preises ist das schlanke Design und die Ausstattung von Sportwagen sowie die Leistung, in weniger als vier Sekunden von null auf 60 Meilen pro Stunde zu kommen - eine Beschleunigung, die zu den leistungsstärksten Benzin-Sportwagen zählt. Aber diese Kraft ist nicht billig. Tatsächlich sind Li-Ionen-Batterien etwa vier- bis fünfmal teurer als Nickel-Metallhydrid-Batterien [Quelle: Popely]. Da die autofähigen Packs jeweils zwischen 10.000 und 15.000 US-Dollar kosten können, ist die Suche nach einer günstigeren Alternative eine große Hürde für Autohersteller, die sie vermarkten möchten [Quelle: Popely]..

Es gibt auch ein Problem mit der Akkulaufzeit. Wie die AA-Batterien, die Sie in Ihre TV-Fernbedienung einlegen, sterben Li-Ionen-Batterien schließlich ab. Selbst wenn Sie sie nicht verwenden, werden sie sich verschlechtern, sobald sie hergestellt sind. Sie können sie aufladen, aber nur eine begrenzte Anzahl von Malen. Es ist, als würde man versuchen, einen Krug Wasser mit einem winzigen Loch zu füllen, das mit jedem Gebrauch größer und größer wird.

Wir messen die Lebensdauer der Batterie in der Lebensdauer oder in der Häufigkeit, mit der Sie sie entladen, aufladen und wieder verwenden können. Wenn Sie mit Li-Ionen-Akkus ausgehend von einem zu 100 Prozent vollständig aufgeladenen Akku fahren, erhalten Sie eine längere Lebensdauer für den einzelnen Zyklus, reduzieren jedoch die Gesamtzahl der Zyklen, die Sie damit erhalten. Aus diesem Grund können Sie mit dem Tesla Roadster nicht mehr als 95 Prozent der ursprünglichen Leistung aufladen oder auf weniger als 2 Prozent ablassen [Quelle: Eberhard und Straubel]. Außerdem prognostiziert das Unternehmen, dass der Akku eine Lebensdauer von 100.000 Meilen oder fünf Jahren hat. Zu diesem Zeitpunkt müssten Sie die Batterie ersetzen.

Wie beim Sicherheitsproblem suchen Forscher nach einer länger anhaltenden Lithium-Alternative. Auch hier scheint die Nanotechnologie führend bei den möglichen Lösungen zu sein. Ein Unternehmen, Altair Nanotechnologies, gab 2006 bekannt, dass es ein neues Material gefunden hat, das Li-Ionen-Batterien weit überdauern und zum gleichen Preis schneller aufladen kann: Lithiumtitanat [Quelle: Bullis]. Das kanadische Automobilunternehmen Phoenix Motorcars verwendet Lithiumtitanat-Batterien in seiner Reihe von Elektroautos mit einer Reichweite von mehr als 100 Meilen.

Toshiba hat auch einen schnell aufladbaren Li-Ionen-Akku für Fahrräder und Baufahrzeuge herausgebracht, den es schließlich in Autos testen möchte [Quelle: MSNBC]. Im Juni 2008 veröffentlichte Toyota auch Pläne, sich mit dem Unternehmen zusammenzutun, das seine aktuellen Hybridbatterien herstellt, um bis 2009 Li-Ionen-Batterien zu entwickeln [Quelle: Kim]..

Da so viel Energie in die Entwicklung von Li-Ionen-Akkus fließt, besteht die große Wahrscheinlichkeit, dass sie in naher Zukunft unsere Autos tanken. Weitere Informationen zu den Autos von morgen und verwandte Informationen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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Weitere großartige Links

• FuelEconomy.gov
• Chevrolet Volt
• Tesla Motors

Quellen

• Buchmann, Isidor. "Ist Lithium-Ionen die ideale Batterie?" Batterie Universität. Aktualisiert November 2006. (26. Juni 2008)
• Bullis, Kevin. "Das Lithium-Ionen-Auto." Technologieüberprüfung. MIT. 24. März 2006. (26. Juni 2008) http://www.technologyreview.com/Biztech/16624/page1/
• Cotta, Rick. "Hybridbatterien: Keine schlechter für Verschleiß?" Verbraucherhandbuch Auto. (1. Juli 2008) https: //consumerguideauto..com/hybrid-batteries-none-the-worse-for-wear-cga.htm
• Eberhard, Martin und Straubel, JB. "Ein bisschen über Batterien." Tesla Motors. 30. November 2006. (26. Juni 2008) http://www.teslamotors.com/blog2/?p=39
• Hall, Kevin G. "Hohe Ölpreise treiben die Entwicklung neuer Hybridbatterien voran." McClatchy Zeitungen. 8. Juni 2008. (26. Juni 2008) http://www.mcclatchydc.com/226/story/39869.html
• Kim, Chang-Ran. "Toyota startet 2009 mit der Lithium-Ionen-Batterie." 11. Juni 2008. (26. Juni 2008) http://www.boston.com/news/world/asia/articles/2008/ 06/11 / toyota_to_start_lithium_ion_battery_output_in_2009 /
• Lamb, Gregory M. "Die Suche nach einer besseren Batterie geht weiter und weiter." Christian Science Monitor. 18. September 2006. (26. Juni 2008) http://www.csmonitor.com/2006/0918/p13s01-stct.html
• LaReau, Jamie. "GMs Lutz spricht über Lithium-Ionen-Batterien, Autos und Toyota." Automotive News. 19. November 2007.
• Mahoney, Patrick G. "Konzeptautos einer anderen Farbe ... Grün." Maschinendesign. 10. April 2008. (26. Juni 2008)
• MSNBC-Mitarbeiter. "Durchbruchbatterie für Elektroautos?" MSNBC. 13. Dezember 2007. (26. Juni 2008) http://www.msnbc.msn.com/id/22240865/
• Peter, Tom A. "Battery Tech fängt an, High Tech einzuholen." Christian Science Monitor. 15. März 2007. (26. Juni 2008) http://www.csmonitor.com/2007/0315/p14s01-stct.html
• Popely, Rick. "Das batteriebetriebene Autorennen ist eröffnet: Trotz der aktuellen Kosten- und Sicherheitsbedenken sehen die Autohersteller Plug-Ins und Hybride als Abhilfe für künftiges 5-Dollar-pro-Gallone-Benzin." McClatchy - Tribune Wirtschaftsnachrichten. 18. Juni 2008. (26. Juni 2008) http://www.chicagotribune.com/business/chi-wed-car-batteries_06-17jun18,0,4936123.story