Vrste baterij za električna kolesa

Električna baterija je naprava, ki omogoča shranjevanje in prenos električne energije. Je eden ključnih elementov pri razvoju električne mobilnosti in trajnostnih energetskih sistemov, saj omogočajo shranjevanje in uporabo električne energije na sorazmerno učinkovit in prenosljiv način. Intenziven razvoj zadnjih let je na področju tehnologije baterij prinesel bistvene izboljšave v njihovi zmogljivosti, trajanju in varnosti, kar je omogočilo zelo široko uporabo mobilnih elektronskih naprav in zmanjševanje odvisnosti od drugih energentov.

Električne baterije imajo spodobnost

• pretvarjanja kemično energijo v električno energijo
• shranjevanja električne energije
• ter ponovnega sproščanja le-te.

Električna baterija je sestavljena iz enega ali več galvanskih členov (celic), ki vsebujejo elektrokemične spojine, imenovane elektrode, in elektrolit, ki omogoča prenos nabojev med obema elektrodama. Med elektrodama se vzpostavi razlika v potencialu, imenovana električna napetost (pretvorba kemične energije v električno). Elektrode so sestavljene iz različnih materialov, ki imajo različno afiniteto do elektronov. Med polnjenjem baterije se kemične reakcije odvijajo v celicah, pri čemer se elektroni prenašajo med elektrodama. Med praznjenjem se ta proces obrne, električna energija pa se sprosti.

Poznamo različne vrste električnih baterij, ki se med seboj razlikujejo po svoji sestavi, zmogljivostih, življenjski dobi, gostoti energije in drugih lastnostih. Vsaka vrsta baterije ima svoje prednosti in omejitve s čimer lahko njihovo uporabo prilagajajo različnim napravam.

Vrste baterij, ki jih najdemo na električnih kolesih

Na trgu je ogromno različnih znamk in modelov električnih prevoznih sredstev, ki uporabljajo različne tehnologije shranjevanja električne energije. Obstajajo 3 najbolj pogoste vrste baterij za e-kolesa:

• Zaprte svinčeno-kislinske baterije
• Nikelj-metal-hidridne baterije
• Litij-ionske baterije

Prva svinčeno-kislinska baterija se je pojavile že v 19. stoletju in velja za eno najstarejših vrst baterij – še vedno se pogosto uporablja v avtomobilih, kombijih in drugih večjih vozilih. Se precej težje in manj zanesljive od svojih modernejših primerkov, prav tako pa njihova polnitev traja dlje.

Tovrstne baterije so sicer najcenejše za proizvodnjo in jih je možno enostavno reciklirati, a je njihova gostota energije zelo nizka (teža glede na kapaciteto shranjevanja); več kot 10 krat nižja od modernih litij-ionskih baterij. Uporaba tovrstnih baterij za potrebe električnih koles je zelo redka. Proizvajalci raje vgrajujejo litij-ionske in nikelj-metal-hidridne baterije

Nikelj-metal-hidridne imenovane tudi NiMH baterije so najpogostejša vrsta polnilnih baterij, ki se uporabljajo v elektroniki. Imajo večjo energijsko gostoto kot svinčene baterije in vsebujejo manj aktivnih materialov, zaradi česar so posledično varnejše od litij-ionskih modelov. Njihova slabša lastnost je počasno polnjenje, saj se pogosto polnijo od 10 do 12 ur (odvisno od kapacitete). Poleg tega lahko poizkusi hitrega polnjenja povzročijo poškodbe in okvare nikelj-metal-hidridnih baterij. Učinkovitost omenjenih baterij se zmanjša (nihanje izhodne napetosti) v primerih ekstremnih temperatur.

Litij-ionske baterije so naredile velik preskok v tehnologiji baterij in popolnoma spremenile razvoj v panogi električne mobilnosti. So najpogosteje uporabljene baterijske celice med električnimi kolesi in skiroji. Ponašajo se z eno izmed najboljših gostot energije (imajo izredno majhno težo), imajo veliko daljšo življenjsko dobo in nižjo stopnje praznjenja od predhodnih baterij. Glede na študije litij-ionske baterije v času mirovanja izgubijo med 1-2 % svoje moči na mesec, medtem ko jo NiMH baterije izgubijo približno 20 % na mesec. V nasprotju s starejšimi baterijami izredno dobro prenašajo temperaturne ekstreme.

Ena redkih slabih strani litijevih baterij je še vedno njihova nestabilnost, a je tudi na tem področju čutiti velik napredek. Zmožne so številnih ciklov praznjenja in ponovnega polnjenja, ne da bi pri tem bistveno izgubila svojo kapaciteto. V povprečju lahko pričakujemo vsaj 400–600 ciklov polnjenja litij-ionskih baterij, brez omembe vrednih napak.

Litij-ionske baterije se še vedno izboljšujejo saj z različnimi kemikalijami dosegajo specifične lastnosti in karakteristike.

Obstaja veliko variacij litij-ionskih baterij, ki jih glede na uporabljeno litij-ionsko spijino razdelimo v 7 različnih skupin:

• Litijev manganov oksid (LiMn2O4); ali IMR, LMO
  [uporablja za baterije računalnikov in prenosnikov]
• Li-mangan Litij mangan nikelj (LiNiMnCoO2); aka INR
• NMC Litijev nikelj kobalt aluminijev oksid (LiNiCoAlO2) ali NCA
• Li-aluminij Litij nikelj kobaltov oksid (LiCoO2); ali podčastnik
• Litijev kobaltov oksid (LiCoO2); ali ICR
• Li-kobalt Litijev železov fosfat (LiFePO4); ali IFR, LCO
• Li-fosfat (LFP) [najpogosteje uporabljajo v električnih vozilih]

Za električna kolesa in skuterje se pretežno uporabljajo litij-ionske kombinacije razdeljene v tri kategorije: litij-manganove (LiMg204), litij-kobaltne (LiCo) in litij-ionske polimerne baterije (LiPo).