כיצד פועלת סוללת ליתיום יון לרכב חשמלי?
לאחר שראינו במאמר אחר את עבודת סוללת העופרת שכל המכוניות מצוידות בה, בואו נסתכל כעת על עקרון הפעולה של רכב חשמלי ובעיקר סוללת הליתיום שלו...
הנסיך
כמו בכל סוג של סוללה, העיקרון נשאר זהה: כלומר, לייצר אנרגיה (כאן חשמל) כתוצאה מתגובה כימית או אפילו חשמלית, כי כימיה היא תמיד ליד החשמל. למעשה, האטומים עצמם עשויים מחשמל: אלו הם האלקטרונים שמסתובבים סביב הגרעין ואשר יוצרים בדרך כלשהי את "הקליפה" של האטום, או אפילו את "עורו". בידיעה גם שאלקטרונים חופשיים הם חלקי עור מעופפים המעבירים את זמנם במעבר מאטום אחד לאחר (בלי להיצמד אליו), זה רק במקרה של חומרים מוליכים (תלוי במספר שכבות האלקטרונים ובמספר האלקטרונים לכל קליע אחרון).
לאחר מכן אנו לוקחים "חתיכת עור" מאטומים (ולכן חלק מהחשמל שלה) דרך תגובה כימית לייצור חשמל.
היסודות
קודם כל, ישנם שני קטבים (אלקטרודות) שאנו קוראים להם קתודה (+ מסוף: בתחמוצת ליתיום-קובלט) ו אנודה (טרמינל -: פחמן). כל אחד מהקטבים הללו עשוי מחומר שמסיט אלקטרונים (-) או מושך (+). הכל מוצף אלקטרוליט שתאפשר תגובה כימית (העברת חומר מהאנודה לקתודה) כתוצאה מייצור חשמל. מחסום מוכנס בין שתי האלקטרודות הללו (אנודה וקתודה) כדי למנוע קצרים.
שימו לב שהסוללה מורכבת ממספר תאים שכל אחד מהם נוצר על ידי מה שנראה בתרשימים. אם, למשל, אני מאחסן 2 תאים של 2 וולט, יהיו לי רק 4 וולט בפלט הסוללה. כדי להניע מכונית במשקל כמה מאות ק"ג, דמיינו כמה תאים דרושים...
מה קורה במזבלה?
בצד ימין יש אטומי ליתיום. הם מוצגים בפירוט, כאשר הלב הצהוב מייצג את הפרוטונים והלב הירוק מייצג את האלקטרונים שהם מקיפים אותם.
כאשר הסוללה טעונה במלואה, כל אטומי הליתיום נמצאים בצד האנודה (-). אטומים אלו מורכבים מגרעין (המורכב ממספר פרוטונים), אשר יש לו כוח חשמלי חיובי של 3, ומאלקטרונים, יש כוח חשמלי שלילי של 3 (1 בסך הכל, כי 3 X 3 = 1). ... לכן, האטום יציב עם 3 חיוביים ו-3 שליליים (הוא לא מושך או מסיט אלקטרונים).
אנחנו מנתקים אלקטרון מהליתיום, שמסתבר שיש רק שניים: אז הוא נמשך ל-+ ועובר דרך המחיצה.
כשאני יוצר מגע בין מסוף ה-+ ל- (לכן כשאני משתמש בסוללה), האלקטרונים ינועו ממסוף - למסוף + לאורך חוט החשמל החיצוני לסוללה. עם זאת, אלקטרונים אלו מגיעים מ"שיער" של אטומי ליתיום! בעצם, מתוך 3 האלקטרונים שמסתובבים, 1 נתלש ולאטום נשארו רק 2. פתאום הכוח החשמלי שלו כבר לא מאוזן, מה שגורם גם לתגובה כימית. שימו לב גם שאטום הליתיום הופך ליתיום יון + כי עכשיו זה חיובי (3 - 2 = 1 / הגרעין שווה 3 והאלקטרונים הם 2, מכיוון שאיבדנו אחד. הוספה נותנת 1, לא 0 כמו קודם. אז זה כבר לא נייטרלי).
התגובה הכימית הנובעת מחוסר האיזון (לאחר שבירת אלקטרונים כדי לקבל זרם) תגרום לשליחה ליתיום יון + לקתודה (טרמינל +) דרך הקיר שנועד לבודד הכל. בסופו של דבר, אלקטרונים ויונים + מגיעים לצד +.
בתום התגובה, הסוללה מתרוקנת. כעת יש איזון בין מסופי + ו-, אשר מונע כעת חשמל. בעיקרון, העיקרון הוא לגרום לדיכאון ברמה כימית/חשמלית על מנת ליצור זרם חשמלי. אנו יכולים לחשוב על זה כעל נהר, ככל שהוא משופע יותר, כך תהיה חשובה יותר עוצמת המים הזורמים. מצד שני, אם הנהר שטוח, הוא לא יזרום יותר, מה שאומר סוללה מתה.
להטעין?
הטעינה מורכבת מהיפוך התהליך על ידי הזרקת אלקטרונים לכיוון - והוצאת עוד באמצעות יניקה (זה קצת כמו לחדש את המים של נהר כדי להשתמש שוב בזרימתו). כך, כל מה שנמצא בסוללה משוחזר כפי שהיה לפני פריקתה.
בעצם, כשאנחנו מפרקים אנחנו משתמשים בתגובה כימית, וכשאנחנו מטעינים אנחנו מחזירים את הדברים המקוריים (אבל בשביל זה צריך אנרגיה ולכן עמדת טעינה).
לִלבּוֹשׁ?
סוללות ליתיום מתבלות מהר יותר מהסוללות הישנות והטובות של חומצת עופרת ששימשו במכוניות שלנו במשך מאות שנים. לאלקטרוליט יש נטייה להתפרק, כמו האלקטרודות (אנודה וקתודה), אך יש לקחת בחשבון גם כי על האלקטרודות נוצר משקע שמפחית את העברת היונים מצד אחד לצד השני... מכשירים מיוחדים לאפשר לך לשחזר סוללות משומשות על ידי פריקתן בדרך מיוחדת.
מספר המחזורים האפשריים (פריקה + טעינה מלאה) מוערך בכ-1000-1500, כך שעם חצי מחזור בטעינה מ-50 עד 100% במקום 0 עד 100%. חימום גם פוגע קשות בסוללות ליתיום-יון, הנוטות להתחמם כשהן צורכות יותר מדי חשמל.
ראה גם: איך אני חוסך את המצבר במכונית החשמלית שלי?
כוח מנוע וסוללה...
בניגוד לצילום תרמי, הכוח אינו מושפע ממיכל הדלק. אם יש לך מנוע 400 כ"ס, אז מיכל 10 ליטר לא יעצור אותך לקבל 400 כ"ס, גם אם זה לזמן קצר מאוד... לרכב חשמלי זה בכלל לא אותו דבר! אם המצבר אינו חזק מספיק, המנוע לא יוכל לפעול במלוא הנפח... זה המקרה בדגמים מסוימים שבהם לעולם לא ניתן לדחוף את המנוע עד לקצה גבול היכולת (אלא אם הבעלים מתעסק ומוסיף מצבר בקליבר גדול !).
עכשיו בואו לגלות: איך פועל המנוע החשמלי
כל התגובות והתגובות
דרנייר תגובה שפורסמה:
מאו (תאריך: 2021, 03:03:15)
עבודה טובה מאוד
Я. 1 תגובה לתגובה זו:
- מנהל מנהל האתר (2021-03-03 17:03:50): התגובה הזו אפילו יותר טובה 😉
(הפוסט שלך יהיה גלוי מתחת לתגובה לאחר האימות)
כתוב תגובה
מה אתה מרגיש לגבי נתוני הצריכה שהצהירו היצרנים?
