Dieser Artikel ist der erste in einer Reihe über EV-Batterien und die Lieferkette von EV-Batterien.
In den Vereinigten Staaten trägt der Verkehr mehr klimaerwärmende Emissionen und Luftverschmutzung bei als jeder andere Sektor. Um die verkehrsbedingte Klimaverschmutzung zu reduzieren und die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu vermeiden, müssen wir die Infrastruktur für nicht motorisierte Fortbewegungsarten schnell verbessern und den Fahrzeugverkehr auf Strom anstelle von fossilen Brennstoffen umstellen. Wir müssen die Art und Weise, wie wir uns bewegen, elektrifizieren.
Die gute Nachricht ist, dass wir Fortschritte machen – immer mehr Menschen kaufen Elektrofahrzeuge (EVs) und viele Regierungen und Arbeitgeber ersetzen ihre gasbetriebenen Lastwagen, Lieferwagen und Busse durch elektrisch betriebene.
Um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, müssen wir jedoch die Art und Weise verbessern, wie wir die Materialien, die in eine Elektrofahrzeugbatterie einfließen, abbauen, verarbeiten und zusammenbauen. Das Verständnis, wie eine EV-Batterie funktioniert, kann politischen Entscheidungsträgern helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen, Menschen dabei helfen, ein EV zu wählen, das ihren Bedürfnissen am besten entspricht, Investorenressourcen lenken und den privaten und öffentlichen Sektor mit den Werkzeugen ausstatten, die sie benötigen, um effiziente und effektive Technologien zu entwickeln.
Um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, müssen wir die Art und Weise verbessern, wie wir die Materialien, die in eine Elektrofahrzeugbatterie einfließen, abbauen, verarbeiten und zusammenbauen.
Dieser Artikel beantwortet vier häufig gestellte Fragen zu EV-Batterien.
1. Welche Art von Batterien verwenden Elektrofahrzeuge?
Die meisten Elektrofahrzeuge werden von Lithium-Ionen-Batterien und regenerativem Bremsen angetrieben, wodurch ein Fahrzeug langsamer wird und gleichzeitig Strom erzeugt wird. Zu den Arten von Elektrofahrzeugen, die Batterien verwenden, gehören:
- Vollelektrische Fahrzeuge, auch bekannt als batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), werden vollständig mit Strom betrieben. Zum Aufladen kann das Fahrzeug an eine Steckdose oder ein Ladegerät angeschlossen werden.
- Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) werden sowohl mit Strom als auch mit einem Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben. Im Gegensatz zu älteren Hybrid-Elektrofahrzeugen können PHEVs rein elektrisch betrieben werden. Der gasbetriebene Motor steht für längere Fahrten zur Verfügung, wenn das Aufladen nicht verfügbar oder unzuverlässig ist.
- Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), wie PHEVs, werden mit Strom und einem ICE angetrieben. Ein HEV kann jedoch nicht zum Laden der Batterie angeschlossen werden. Da sie nicht allein mit Strom betrieben werden können, sind sie bei weitem nicht so effizient wie BEV und PHEV.
Es gibt verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Batterien, wobei Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid- (NMC) und Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) die am häufigsten in Elektrofahrzeugen verwendeten sind. Wie alle Batterien haben sowohl NMCs als auch LFPs ihre Stärken und Schwächen:
Alle Batterien haben ihre eigene einzigartige Chemie, von denen jede ihre Kompromisse hat. Es gibt keine allgemein „beste“ Batterie für alle Elektrofahrzeuge.
2. Warum werden Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen verwendet?
Lithium-Ionen-Batterien werden in Elektrofahrzeugen verwendet, weil sie:
- Haben eine hohe Energiedichte: Sie können eine relativ große Menge an elektrischer Energie in einem kleineren und leichteren Gehäuse speichern als andere Batterietechnologien.
- Funktioniert gut bei hohen Temperaturen und kann niedrigen Temperaturen standhalten, ohne Schaden zu nehmen.
- Haben eine niedrige Selbstentladungsrate, was bedeutet, dass der Akku seine Energie gut hält, auch wenn er tage- oder wochenlang nicht verwendet wird.
- Halten vielen Ladezyklen stand und behalten dabei fast ihre gesamte ursprüngliche Kapazität.
3. Wie funktionieren Lithium-Ionen-Akkus?
Lithium-Ionen-Batterien speichern wie alle Batterien Energie und wandeln sie bei Gebrauch in elektrische Energie um. Dieser Strom wird durch die Bewegung von produziert Elektronendas sind kleine Teilchen mit negativer Ladung, die in allen Atomen vorkommen.
Chemische Reaktionen innerhalb der Batterie bewegen diese Elektronen ab Elektrode zum anderen. Es gibt zwei Elektroden in einer Batterie: die Anode (eine negative Elektrode) und die Kathode (eine positive Elektrode). Elektronen beginnen in der Anode und bewegen sich dann durch eine zur Kathode Elektrolytmediumdie entweder flüssig oder fest sein kann.
Wenn die Batterie verwendet wird, bewegen sich die Elektronen von der Anodenelektrode zur Kathodenelektrode; Wenn die Batterie geladen wird, bewegen sie sich von der Kathode zur Anode.
Um diese Bewegung zu erklären, stellen Sie sich vor, dass ein Elektron eine Person ist, die mit dem Bus zum Lebensmittelgeschäft fährt. Die Anode ist das Zuhause der Person, während die Kathode das Lebensmittelgeschäft ist. Das Elektrolytmedium ist der Bus selbst, das Werkzeug, das die Person von Punkt A nach Punkt B bringt. Das Essen, das die Person im Lebensmittelgeschäft kauft, ist der Strom.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil einer Batterie ist die Separator, eine dünne, poröse Membran, die, wie der Name schon sagt, die Anoden- und Kathodenelektroden trennt und es den Lithiumionen ermöglicht, sich von einer zur anderen zu bewegen. Es verhindert auch Kurzschlüsse, die auftreten, wenn ein elektrischer Strom auf einem falschen oder unbeabsichtigten Weg fließt.
4. Welche Mineralien werden in Lithium-Ionen-Batterien verwendet?
Lithium-Ionen-Batterien enthalten normalerweise Lithium, Kobalt, Mangan, Nickel und Graphit. Es gibt erhebliche Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen des Abbaus dieser Mineralien auf lokale Gemeinschaften und Landschaften. Einige Minen setzen Kinderarbeit ein, haben keine Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Arbeiter und wirken sich negativ auf die Umgebung aus.
Der Rest dieser 101-Serie wird untersuchen, woher diese kritischen Mineralien stammen und wie wir diese Mineralien auf gerechte, gerechte und sichere Weise beziehen können.
Von Alessandra Carreon, © 2021 Rocky-Mountain-Institut. Veröffentlichung mit Genehmigung. Ursprünglich gepostet am RMI
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