انواع باتری ها در خودروهای الکتریکیلیتیوم یونی

انواع باتری ها در خودروهای الکتریکی

باتری بسیاری از خودروهای برقی که امروزه تولید می‌شوند از نوع لیتیوم-یون هستند. باتری‌های لیتیومی اغلب به خاطر ظرفیت زیاد و چگالی انرژی مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی عمر مفید و دوام آن‌ها کم است و این مسئله باعث بالا رفتن هزینه‌های ساخت و تولید خودروی برقی شده است. تحقیقات برای استفاده از ترکیبات دیگری از لیتیوم مانند فسفات‌آهن- لیتیوم و لیتیوم-تیتانات برای حل مشکل دوام و عمر باتری‌ها در حال بررسی است.

باتری های لیتیوم یونی در خودروهای الکتریکی شبیه باتری های لپ تاپ و تلفن همراه هستند و فقط بزرگتر هستند، این باتری ها با باتری های اسیدی که در خودروهای معمولی استفاده می شوند، تفاوت دارند. این باتری ها نسبت به باتری های نیکل متاهیدرید، ظرفیت ذخیره ی انرژی بالاتری دارند. از طرفی اگر این باتری ها مورد استفاده قرار نگیرند، بر خلاف باتری های اسیدی، شارژ کمتری از دست می دهند. در خودروهای الکتریکی به جای یک باتری بزرگ از تعداد زیادی سلول کوچک کنار هم استفاده می کنند.

باتری های لیتیوم یونی که در ابتدا با هدف تامین نیروی لوازم الکترونیکی سبک توسعه یافتند،
در طول ده سال گذشته مدام در حال تکامل بوده اند و با ادامه روند کنونی بسیاری از مدل های الکتریکی و هیبریدی آینده نیز از آنها استفاده خواهند کرد.

باتری های لیتیوم یونی
مزایا	معایب
+ نسبت انرژی به وزن بهتر	– هزینه ساخت بالا
+ سرعت شارژ بالا	– کاهش تدریجی ظرفیت
+ نداشتن اثر حافظه ای

• باتری اسیدی

هنوز در بسیاری از مدل‌های خودروی برقی از آن استفاده می‌شود. هزینه‌های اولیه کمتری نسبت به بقیه باتری‌ها دارد و افزایش توان خروجی با اضافه کردن تعداد باتری‌ها به سادگی قابل انجام است. باتری اسیدی یا باتری سربی-اسیدی نوعی از باتری است که قابلیت شارژ شدن را دارد. این باتری در سال ۱۸۹۵ توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام گاستون پلانته اختراع شد. باتری اسیدی میزان انرژی کمی را در خود ذخیره می کند. اما با این وجود بسیار زیاد در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. از دلایل آن می توان به هزینه کم و عرضه زیاد آن اشاره کرد.ساختار یک باتری اسیدی را ترکیبی از مواد شمیایی، نگهدارنده‌ ها وفرم دهنده‌ های مکانیکی تشکیل می دهد .

• باتری نیکل–کادمیم

گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن از نیکل (III) اکسید و کادمیم به صورت فلز به عنوان الکترود استفاده شده است. این نوع از باتری‌ها نخستین بار توسط مهندس سوئدی والدمار جانگنر در سال ۱۸۹۹ میلادی اختراع شد. مصرف عمده این نوع از باتری‌ها در لوازم الکترونیکی چون گوشی‌های تلفن قابل حمل است.

• باتری نیکل– هیدرید فلز

باتری های Ni-MH اکنون نیروبخش تعداد زیادی از خودروهای هیبریدی هستند. البته با توجه به گسترش روزافزون، باتری های لیتیوم یونی در حال پیشی گرفتن از آنها بوده و تعدادشان  بیشتر می شود.

این نوع از باتری ها از لحاظ هزینه ساخت به مراتب به صرفه تر از نمونه های لیتیوم یونی هستند.
دلیل آن هم به استفاده از هیدروژن، نیکل و تیتانیوم یا فلزات مشابه برای ذخیره سازی انرژی مربوط می شود.البته با گرایش هر چه بیشتر خودروسازان به سمت باتری های لیتیوم یونی، هزینه ساخت آنها نیز قطعا کمتر از ارقام فعلی خواهد شد.

باتری های نیکل-هیدرید فلز
مزایا	معایب
+ پایداری و مقاومت بالا	– توانایی ذخیره انرژی کمتر تا ۴۰% نسبت به باتری های Li-ion
+ ایمنی بهتر بخاطر مواد سمی کمتر	– اندازه بزرگ تر و وزن بیشتر
+ هزینه بازیافت کمتر

• باتری نیکل-آهن

باتری نیکل_آهن NiFe یک نوع باتری قابل شارژ است که دارای صفحات مثبت هیدروکسید اکسید نیکل و صفحات منفی آهن با یک الکترولیت از هیدروکسید پتاسیم است. مواد فعال در لوله های فولادی نیکل و یا محفظه های سوراخ شده نگهداری می شود. این باتری، بسیار قوی است که از اسراف جلوگیری می کند. اغلب از آن در شرایط کمکی استفاده می شود که در آن صورت می توان آن را به طور مداوم شارژ کرد و قابلیت آن را دارد که بیش از ۲۰ سال عمر کند. با توجه به کم بودن انرژی آن، ضمانت ضعیف و هزینه بالای تولید، انواع باتری های قابل شارژِ دیگری جایگزین باتری های نیکل آهن شده اند.

استفاده از چندین نوع باتری نیز در حال تحقیق و بررسی است. مانند:

• باتری روی-هوا
• باتری آلومینیوم – هوا
• باتری نمک مذاب
• باتری روی-برم
• باتری اکسایش‌کاهش وانادیم

در حال حاضر نیسان لیف و تسلا مدل S پرفروش ترین خودروهای برقی جهان به شمار می روند.

طول عمر باتری های الکتریکی

عملکرد باتری خودروهای برقی به مرور زمان کاهش می یابد، اما معمولا این فرآیند به آرامی انجام می شود. برای مثال، برخی از باتری این خودروها پس از ۸۰ هزار کیلومتر، عملکرد آن تنها ۵ درصد کاهش می یابد.

همانطور که اشاره شد، شرایط محیطی نیز تاثیر زیادی در عملکرد باتری ها دارند و عملکرد باتری خودروهایی که در مناطق گرمسیر هستند، کاهش بیشتری خواهد داشت، زیرا گرما عمر باتری های لیتیوم یونی را به شدت کاهش می دهد، به همین دلیل اکثر تولید کنندگان این خودروها از سیستم‌های خنک‌کننده برای خنک‌کردن باتری‌ استفاده می‌کنند. از طرفی گذر زمان نیز باعث می شود این روند شدت بیشتری پیدا کند.

عملکرد باتری این خودروها، همانند عملکرد باتری سایر وسایل الکتریکی، در اثر شارژ سریع می تواند در طولانی مدت تحت تاثیر قرار بگیرد.

اگر از خودروهای برقی به درستی استفاده شود، طول عمر آن ها از ۸ تا ۱۰ سال یا حداکثر ۱۶۰ هزار کیلومتر است. همچنین اگر این خودروها در سال ۲۰ هزار کیلومتر استفاده شوند، تقریبا ۱۷ سال عمر می کنند، از طرفی خودروسازان درصدند که در آینده، نگرانی افراد در مورد عمر خودروهای الکتریکی را از بین ببرند.