Στη σειρά άρθρων “Tech Talk” μας θα αναλύουμε διάφορες τεχνολογίες που σχετίζονται με την ηλεκτροκίνηση ώστε να είστε ενημερωμένοι και να αντιλαμβάνεστε καλύτερα τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά προϊόντων και οχημάτων που θα εμφανίζονται μπροστά σας. Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για τις μπαταρίες Λιθίου και τις μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος! Ποιες οι διαφορές τους και ποια είναι η κατάλληλη για ηλεκτρικά οχήματα;
Το παρόν “Tech Talk” είναι χορηγούμενο από την EMW, της οποίας σας έχουμε ήδη παρουσιάσει αρκετά ηλεκτρικά σκούτερ και πατίνια. Η EMW χρησιμοποιεί μπαταρίες Λιθίου σε όλα της τα οχήματα και επιπλέον αναλαμβάνει την αντικατάσταση της παλιάς σας μπαταρίες Μολύβδου-Οξέως με μια σύγχρονη μπαταρία Λιθίου, ανεξαρτήτως του οχήματός σας. Ας δούμε, όμως, τι λέει η… Χημεία για τις μπαταρίες αυτές!
Μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος
Οι μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος (γνωστές και ως “κλειστού τύπου”), είναι οι κλασικές μπαταρίες που εδώ και δεκαετίες υπάρχουν στα αυτοκίνητα και τις μοτοσυκλέτες μας. Ονομάζονται έτσι από τις πλάκες μολύβδου στο εσωτερικό τους που είναι βυθισμένες μέσα σε διάλυμα θειϊκού οξέος (ηλεκτρολύτης). Κατά την χημική αντίδραση μεταξύ τους απελευθερώνεται ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε ένα ηλεκτρικό όχημα (π.χ. ηλεκτρικό σκούτερ) για την κίνησή του.
Οι μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος έχουν χαμηλή εσωτερική αντίσταση, μικρή ενεργειακή πυκνότητα (35-40 Wh/Kg), σχετικό μικρό ρυθμό εκφόρτισης (discharge) και διάρκεια ζωής περίπου 300 κύκλων φόρτισης. Εξαιρώντας την ανθεκτικότητά τους σε πολύ χαμηλές και πολύ υψηλές θερμοκρασίες, είναι περισσότερο κατάλληλες για εφαρμογές όπως η εκκίνηση ενός οχήματος (μίζα) και η τροφοδοσία ηλεκτρικών υποσυστημάτων σχετικά χαμηλής ισχύος, λίγων εκατοντάδων Watts. Όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους τις καθιστούν μη συμφέρουσα επιλογή για ένα ηλεκτρικό όχημα, παρ’ότι είναι φθηνότερες από μια αντίστοιχης χωρητικότητας μπαταρίας Λιθίου.
Μια μπαταρία λιθίου μπορεί να ζυγίζει 3+ φορές λιγότερο από την αντίστοιχη κλειστού τύπου, για την ίδια χωρητικότητα σε ενέργεια. Το βάρος είναι πολύ σημαντικό στα ηλεκτρικά οχήματα καθώς όσο αυξάνεται, τόσο μειώνεται η αυτονομία τους και οι επιδόσεις τους. Πρακτικά αυτό σημαίνει οτι μια μπαταρία Μολύβου-Οξέος για ένα ηλεκτρικό σκούτερ μπορεί να ζυγίζει 30 κιλά, ενώ η αντίστοιχη Λιθίου θα ζύγιζε 10 κιλά ή λιγότερα. Έτσι αυξάνεται η αυτονομία και η επιτάχυνση του σκούτερ, ενώ βελτιώνεται και η συμπεριφορά του στο δρόμο. Επιπλέον, είναι πολύ πιο εύκολο να την αφαιρέσετε από το όχημα για να την επαναφορτίσετε στο σπίτι, στο γραφείο ή οπουδήποτε αλλού σας εξυπηρετεί. Αντίστοιχα, η μπαταρία κλειστού τύπου θα είναι και αρκετά μεγαλύτερη σε όγκο (διαστάσεις) σε σχέση με την Λιθίου, ίδιας χωρητικότητας.
Το δεύτερο, μεγάλο μειονέκτημα των μπαταριών Μολύβδου-Οξέος είναι η χαμηλή τους αποδοτικότητα και απόδοση. Μια μπαταρία λιθίου μπορεί να αποφορτιστεί έως και στο 85% της συνολικής της χωρητικότητας, για αρκετές εκατοντάδες φορές, χωρίς πρόβλημα. Η μπαταρία Μολύβδου-Οξέος δεν πρέπει να αποφορτίζεται κάτω από το 60% της καθώς θα καταστεί άχρηστη πολύ σύντομα. Αυτός είναι ο λόγος που αν ξεχάσουμε τα φώτα αναμμένα στο αυτοκίνητο το βράδυ, η μπαταρία δεν θα έχει την απαιτούμενη απόδοση για να εκκινήσουμε το κινητήρα την επόμενη μέρα. Και αν αυτό επαναληφθεί αρκετές φορές, τότε η μπαταρία θα χρειαστεί αντικατάσταση. Ακόμα και κατά την αποθήκευσή της πρέπει να είναι γεμάτη, ενώ αυτο-αποφορτίζεται σχετικά γρήγορα.
Επιπλέον, η σύσταση των μπαταριών κλειστού τύπου σημαίνει οτι δεν μπορούν να προσφέρουν το απαιτούμενο ρεύμα (αμπέρ – Α) που χρειάζεται ένας ηλεκτροκινητήρας για να αποδώσει 1000 ή 2000 Watts παρατεταμένα, ειδικά όταν κάνει το “peak” της απόδοσής του που μπορεί να φτάσει σε ακόμα μεγαλύτερα επίπεδα. Οι μπαταρίες Λιθίου είναι πιο κατάλληλες για ηλεκτρικά οχήματα όπου απαιτείται ταχύτερη φόρτιση και εκφόρτιση.
Μπαταρίες Λιθίου-Ιόντων
Οι Li-ion μπαταρίες (Λιθίου-Ιόντων), είναι πρακτικά παντού γύρω μας. Στα ηλεκτρικά πατίνια, στα ηλεκτρικά σκούτερ, στο smartphone και το tablet μας, στο laptop μας. Αναπτύχθηκαν σημαντικά τα τελευταία χρόνια και συνεχίζουν να βελτιώνονται, σε αντίθεση με τις Μολύβδου-Οξέος που είναι σχετικά στάσιμες, τεχνολογικά, εδώ και αρκετό καιρό.
Μπορεί οι μπαταρίες των ηλεκτρικών ποδηλάτων και σκούτερ να είναι σαν μεγάλα κουτιά, αλλά στο εσωτερικό του βρίσκονται συστοιχίες πολλών μικρών μπαταριών, που θυμίζουν τις κλασικές ΑΑ (1,5V). Δεν είναι ίδιες, ωστόσο, έχουν διαφορετική σύσταση εσωτερικά και διαφορετικό μέγεθος. Συνήθως βρίσκουμε στοιχεία τύπου 18650 σε μπαταρίες μικρών ηλεκτρικών οχημάτων, ενώ σταδιακά αρχίζουν να γίνονται πιο δημοφιλή και τα στοιχεία 21700. Ο κατασκευαστής ορίζει τη διάταξη και συνδεσμολογία όλων αυτών των στοιχείων (cells) ώστε η τελική μορφή της μπαταρίας να είναι η επιθυμητή (κυβική, μακρόστενη, κυλινδρική κ.λπ.). Επίσης, ο αριθμός και η συνδεσμολογία (εν σειρά ή παράλληλα) των στοιχείων επηρεάζει την τελική τάση (Volts – V) και χωρητικότητα της μπαταρίας σε αμπερώρες (Ah).
Στο εσωτερικό μιας μπαταρίας (στοιχείου) Λιθίου έχουμε και πάλι δύο ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος). Η κάθοδος αποτελείται από οξείδιο του Λιθίου και η άνοδος από κοινά μέταλλα (π.χ. Χαλκός) με επίστρωση γραφίτη. Ο ηλεκτρολύτης ενδιάμεσα αποτελείται από διάφορα άλατα και διαλύτη. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες Μολύβδου-Οξέως, όμως, δεν έχουμε ρευστό υγρό μέσα στο οποίο “κολυμπούν” τα ηλεκτρόδια. Όλα τα παραπάνω βρίσκονται στο εσωτερικό της κυλινδρικής μπαταρίας ως τυλιγμένα, λεπτά “φύλλα”.
Όπως προείπαμε, οι μπαταρίες Λιθίου είναι αρκετά ελαφρύτερες, έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα στον ίδιο όγκο και βάρος και μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης. Επίσης, επαναφορτίζονται αλλά και αποφορτίζονται πολύ πιο γρήγορα από τις Μολύβδου-Οξέως. Έτσι, είναι ιδανικές για ηλεκτρικά οχήματα όπου οι απαιτήσεις σε ρεύμα είναι μεγάλες κατά τη χρήση, ενώ θέλουμε και ταχεία φόρτιση. Με έναν ισχυρό φορτιστή (κοντά στα 10Α στην κατηγορία των σκούτερ), μια μεγάλης χωρητικότητας μπαταρία μπορεί να “γεμίσει” σε μόλις 4 ώρες. Με έναν ταχυφορτιστή, ο χρόνος φόρτισης πέφτει ακόμα και στις 2 ώρες! Η αντίστοιχη κλειστού τύπου θα ήθελε σχεδόν ένα 24ωρο…
Οι ποιοτικές μπαταρίες Λιθίου μπορούν να αντέξουν από 500 έως 1.000 κύκλους φόρτισης, ανάλογα με τη χρήση και τις συνθήκες. Σε γενικές γραμμές, λοιπόν, θα κάνετε δεκάδες χιλιάδες Km με το σκούτερ σας μέχρι η μπαταρία να χρειαστεί αντικατάσταση. Δηλαδη μέχρι η χωρητικότητά της να πέσει κάτω από το 80%. Για να την διατηρήσετε όσο το δυνατόν περισσότερο, υπάρχουν καλές πρακτικές που μπορείτε να ακολουθήσετε. Τις αναφέρουμε σε παλαιότερο άρθρο μας και ισχύουν για όλες τις μπαταρίες πατινιών, ποδηλάτων και σκούτερ. Συντήρηση, όμως, πρακτικά δεν χρειάζεται! Είναι πολύ εύκολο να ξέρετε το ποσοστό φόρτισής της και δεν χρειάζεται ποτέ να συμπληρώσετε υγρά ή κάτι αντίστοιχο. Το μόνο που πρέπει να προσέξετε είναι να την φορτίζετε αμέσως αν κάποια στιγμή αδειάσει τελείως (0%)!
Στα μειονεκτήματα των μπαταριών Λιθίου συγκαταλέγουμε το υψηλότερο κόστος τους και την ευαισθησία τους σε χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες (κάτω των 0-5 βαθμών Κελσίου και άνω των 40). Εξωτερικές θερμοκρασίες κάτω των 5 βαθμών επηρεάζουν αρνητικά την χωρητικότητα και απόδοση μιας μπαταρίας Λιθίου. Η ιδανική θερμοκρασία μιας μπαταρίας Λιθίου είναι γύρω στους 30 βαθμούς Κελσίου, αλλά πάνω από τους 40-45 “υποφέρει”. Το θετικό είναι οτι οι σύγχρονες μπαταρίες είναι γεμάτες με αισθητήρες και έξυπνους controllers. Ρυθμίζουν αυτόματα την απόδοσή τους, την φόρτιση και αποφόρτισή τους, ανάλογα με τη θερμοκρασία, το επίπεδο φόρτισης και πολλούς, ακόμη, παράγοντες. Προστασία από υπέρταση, πτώση τάσης, υπερθέρμανση, χαμηλές θερμοκρασίες, υπερβολικά μεγάλο ρυθμό φόρτισης ή εκφόρτισης και πολλά ακόμη διασφαλίζουν οτι η μπαταρία προστατεύεται, ακόμα κι αν οι συνθήκες του περιβάλλοντος ή η κακή χρήση την φέρουν στα όριά της.
Αυτός είναι και ο λόγος που στην μπαταρία Λιθίου… “ό,τι πληρώνεις, παίρνεις”! Μια πολύ φθηνή μπαταρία μπορεί να είναι δελεαστική, αλλά ίσως αντέξει αισθητά λιγότερους κύκλους φόρτισης ή έχει μικρότερη πραγματική χωρητικότητα από την διαφημιζόμενη. Μια ακριβότερη μπαταρία θα είναι πολύ πιο ποιοτική, αποδοτική και ασφαλής, ενώ συνήθως συνοδεύεται και από μεγαλύτερη εγγύηση καλής λειτουργίας. Τέλος, να αναφέρουμε και το μεγάλο ποσοστό ανακύκλωσης μιας μπαταρίας Λιθίου, καθώς τα περισσότερα υλικά της μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν μετά το “τέλος ζωής” της.
The winner is… Lithium!
Συνοπτικά, λοιπόν, οι μπαταρίες Μολύβδου-Οξέος είναι παρωχημένες και μη ιδανικές για ηλεκτρικά οχήματα. Οι μπαταρίες Λιθίου είναι σαφώς πιο κατάλληλη επιλογή λόγω βάρους, απόδοσης και χωρητικότητας, αλλά και έξυπνης διαχείρισής τους. Αν έχετε κάποιο παλιό ποδήλατο ή σκούτερ μπορείτε να αντικαταστήσετε την μπαταρία κλειστού τύπου με μια Λιθίου. Θα δείτε θεαματική διαφορά σε απόδοση, αυτονομία και μείωση του βάρους. Αν είστε σε αναζήτηση ηλεκτρικού δικύκλου, μην το σκεφτείτε καν για επιλογή μπαταρίας Μολύβδου-Οξέος. Μπορεί να γλιτώσετε μερικά ευρώ αρχικά, αλλά θα έχετε ένα πολύ πιο αδύναμο, βαρύ όχημα με μικρότερη αυτονομία. Και εν τέλει η μπαταρία σας θα χρειαστεί αλλαγή πιο σύντομα, οπότε η τσέπη σας θα βγει χαμένη. Η επιλογή είναι εύκολη και σίγουρα την έχετε κάνει ήδη, έχοντας διαβάσει τα παραπάνω!
Δείτε τα ηλεκτρικά σκούτερ της EMW με μπαταρίες Λιθίου εδώ
Αν θέλετε να αλλάξετε την παλιά σας μπαταρία με Λιθίου, επικοινωνήστε με την EMW
[…] εκφόρτισης13. Οι μπαταρίες […]