Οι υβριδικές μπαταρίες, είναι πακέτα μεμονωμένων στοιχείων που χωρίζονται από ένα πολυμερές φιλμ. Είναι απαραίτητο να επαναφορτίζονται από εξωτερική πηγή ρεύματος, παρά το γεγονός ότι λειτουργούν με πλήρως ηλεκτρικό τρόπο λειτουργίας.
Σε σύγκριση με τις τυπικές μπαταρίες, οι υβριδικές, είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον. Περιέχουν επίσης λιγότερο μόλυβδο, κάτι το οποίο τις καθιστά λιγότερο επιβλαβείς για το περιβάλλον. Από την άλλη πλευρά, ένα μειονέκτημα που έχουν, είναι ότι έχουν χαμηλή απόδοση ψύξης.
Το όνομα ”υβριδικό”, περιγράφει τη δομή του πακέτου κυψελών μιας υβριδικής μπαταρίας. Το όνομά του, υποδηλώνει ότι τα κύτταρα διαχωρίζονται από ένα πολυμερές φιλμ. Αυτές οι μεμβράνες περιέχουν υγρές φάσεις εντός της πολυμερούς μήτρας. Ενώ υπάρχει ένας ηλεκτρολύτης μέσα στην πηκτή μεμβράνη, αυτό είναι ένα υβριδικό σύστημα. Μπορεί να έχει ακόμη υγρό διαλύτη 30% ως 50%.
Η ισχύς που παράγεται από μια υβριδική μπαταρία εξαρτάται από τη διαθέσιμη ποσότητα ενέργειας. Η ηλεκτρική αυτονομία και η επιτάχυνση καθορίζονται από την ποσότητα της ενέργειας που είναι διαθέσιμη στην υβριδική μπαταρία. Οι θερμοκρασίες στις οποίες μπορεί να λειτουργήσει μια υβριδική μπαταρία θα καθορίσουν το πόση ενέργεια πρέπει να παρέχει. Κατά συνέπεια, η θερμοκρασία στην οποία λειτουργεί μια υβριδική μπαταρία θα καθορίσει την απόδοσή της.
Οι υβριδικές μπαταρίες αποτελούν την πρωτοποριακή τεχνολογία που καθιστά δυνατή την αποθήκευση ενέργειας και τη χρήση της στην καθημερινή μας ζωή. Είναι απαραίτητες για τη λειτουργία ηλεκτρικών οχημάτων και ηλιακών συστημάτων, παρέχοντας αποτελεσματικότητα και βιώσιμη εναλλακτική λύση στους συμβατικούς τρόπους παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας.
Ας διερευνήσουμε τα βασικά συστατικά μιας υβριδικής μπαταρίας που την καθιστούν έναν κορυφαίο τύπο αποθήκευσης ενέργειας.
1. Θετικά και Αρνητικά Ηλεκτρόδια: Η υβριδική μπαταρία αποτελείται από δύο βασικά ηλεκτρόδια – ένα θετικό και ένα αρνητικό. Το θετικό ηλεκτρόδιο συνήθως κατασκευάζεται από μεταλλικές ενώσεις που περιέχουν νικέλιο, κοβάλτιο, μαγγάνιο ή σίδηρο. Από την άλλη πλευρά, το αρνητικό ηλεκτρόδιο συνήθως κατασκευάζεται από γραφίτη, λιθιούχα μποριά ή άνθρακα. Τα ηλεκτρόδια επιτρέπουν στην μπαταρία να αποθηκεύει και να απελευθερώνει ηλεκτρόνια κατά τη φόρτιση και την εκφόρτισή της.
2. Ηλεκτρολύτης: Μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων βρίσκεται ο ηλεκτρολύτης, που αποτελεί το μέσο που επιτρέπει την κυκλοφορία ιόντων ανάμεσα στα ηλεκτρόδια. Συνήθως, οι υβριδικές μπαταρίες χρησιμοποιούν ηλεκτρολύτες που περιέχουν ένα άλας που διευκολύνει την κίνηση των ιόντων λιθίου από το θετικό στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της φόρτισης και αντίστροφα κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης.
3. Συσκευασία: Η συσκευασία της υβριδικής μπαταρίας αποτελεί ένα άλλο σημαντικό στοιχείο. Η συσκευασία προστατεύει τα ηλεκτρόδια και τον ηλεκτρολύτη από μηχανικές φθορές και διαρροές. Επίσης, παίζει καίριο ρόλο στη διατήρηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση, διότι οι θερμικές αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
4. Διαχείριση Μπαταρίας: Οι υβριδικές μπαταρίες διαθέτουν επίσης συστήματα διαχείρισης μπαταρίας (BMS – Battery Management System). Το BMS ελέγχει τον ρυθμό φόρτισης και εκφόρτισης, τη θερμοκρασία της μπαταρίας και το σύστημα προστασίας από υπερφόρτωση, βραχυκυκλώματα και υπερθέρμανση. Το BMS επιπλέον βοηθά στην επιβράδυνση της φθοράς της μπαταρίας και παρέχει ασφαλή λειτουργία και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
5. Ενσωματωμένα Συστήματα Ψύξης: Στις υψηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις, οι υβριδικές μπαταρίες ενσωματώνουν συστήματα ψύξης, που διατηρούν τη θερμοκρασία της μπαταρίας σε ασφαλές επίπεδο. Αυτό βοηθά στην παροχή μέγιστης απόδοσης και μακροζωίας.
Η υβριδική μπαταρία είναι ένας πολύπλοκος συνδυασμός τεχνολογίας που κάνει την αποθήκευση και τη χρήση ενέργειας αποτελεσματική και βιώσιμη. Αν και υπάρχουν πολλά είδη υβριδικών μπαταριών, τα παραπάνω συστατικά είναι τα βασικά που τις καθιστούν κρίσιμες για τη σύγχρονη ενεργειακή και περιβαλλοντική μας ανάγκη. Μέσω αυτής της τεχνολογίας, ο κόσμος έχει τη δυνατότητα να προωθήσει την χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση σε όλους τους τομείς της καθημερινότητάς μας.
Τα πρώτα ηλεκτρικά µοντέλα έκαναν χρήση µπαταριών µολύβδου, διότι δεν υπήρχε εναλλακτική λύση. Βραχυπρόθεσµα, φαίνεται ότι οι µπαταρίες µολύβδου-οξέος θα εξακολουθούν να χρησιµοποιούνται, λόγω των πολλών πλεονεκτηµάτων τους. Ωστόσο, µεσοπρόθεσµα και µακροπρόθεσµα, φαίνεται ότι οι µπαταρίες µε βάση το κάδµιο και το λίθιο θα είναι σηµαντικοί υποψήφιοι για EV και HEV.
Τα στοιχεία αποτελούν το δοµικό υλικό µίας µπαταρίας. Το µείγµα των υλικών που χρησιµοποιούνται στη δοµή τους είναι γνωστό ως η «χηµεία του στοιχείου». Οι διαφορετικές χηµείες µεταξύ των στοιχείων ορίζουν, βασικά, την ουσία µίας µπαταρίας και την καταλληλότητά της για µία συγκεκριµένη εφαρµογή.
Παρά αυτό το σημαντικό ηλεκτροχημικό υπόβαθρο, ωστόσο, είναι και η δομή -το κέλυφος της μπαταρίας- που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό σημαντικές παραμέτρους απόδοσης, όπως η διάρκεια ζωής, η κυκλικότητα, η στιβαρότητα, η ασφάλεια και το κόστος. Το κέλυφος προσαρμόζει την μπαταρία στις συγκεκριμένες ανάγκες μίας εφαρμογής: η στεγανότητα, η αντοχή, οι διαστάσεις, η παρακολούθηση θερμοκρασίας και φόρτισης, καθώς και η συνολική διαχείριση καθορίζονται από τον σχεδιασμό και την κατασκευή των στοιχείων, των μονάδων και των μπαταριών, συνολικά.
Δεν κατασκευάζονται όλες οι μπαταρίες με τον ίδιο τρόπο, ακόμη και οι μπαταρίες που βασίζονται σε παρόμοια υλικά, από χημική άποψη. Το κύριο ενδιαφέρον, σήμερα, στην ανάπτυξη των μπαταριών αφορά την ισχύ, την αποθηκευμένη ενέργεια και τη διάρκεια ζωής.
