Batteries for electrical vehicles

Abstract

The objective to reduce emissions in vehicles has got a lot of attention, as the amount of transport emissions have increased in the last few years. This bachelor thesis focuses on the analysis of the today’s reality and the future trends related to the battery technology for the electrical vehicles. As the key factors, the study investigates the development of new materials and current ones, disposal of the elements of the battery technology, battery’s lifetime and charge-cycles, expenses and parameters concerning capacity, energy density, and power density.

Study was done by using simulations and literature review. The results of the study show that the capacity of the conventional lithium-ion batteries has been developed almost as far as it can go, and it is clear new technologies and processes are needed to compete with internal combustion engines. However, simulations presented in this thesis show promise in combining two separate types of Li-ion batteries in order to counter out each of their deficiencies. The theoretical high energy density potential makes Li-batteries a promising solution, but they are in need of a significant further development to be utilized in electric vehicles.

Tavoite pienentää ajoneuvojen päästöjä on saanut valtavasti huomiota, sillä liikenteen päästöt ovat olleet nousussa viime vuosina. Sähköajoneuvojen uskotaankin pienentävän merkittävästi nykyisiä päästöjä.

Tämä tutkimus käsittelee uusia ja nykyisiä akkuteknologioita. Siinä keskitytään tutkimaan akuista aiheutuvien jätteiden hävittämistä, akkujen elinikää, hintaa ja niiden tärkeimpiä ominaisuuksia, kuten kapasiteettia sekä energia- ja tehotiheyttä. Työ toteutettiin simulaatioiden ja kirjallisuuskatsauksen avulla. Tulokset ja aikaisemmat tutkimukset osoittavat nykyisten Li-ioni akkuteknologioiden olevan kilpailukyvyttömiä polttomoottoriteknologioiden suhteen, etenkin energiatiheyden osalta. Li-ioni akkutyypeistä saatujen tietojen perusteella kehiteltiin uusi mahdollinen akkuteknologia, jossa tehonlähdettä vaihdeltaisiin kulutuksen mukaan. Simulaatiot osoittautuivat toimiviksi, mutta asiaa pitää vielä tutkia tarkemmin. Uuden kehitetyn teknologian ohella Li-akut tarjoavat myös kilpailukykyä verrattuna polttomoottoriajoneuvoihin, etenkin energiatiheyden osalta. Nämä omaavat kuitenkin omat ongelmansa, mistä syystä niitä ei voida implementoida vielä ajoneuvoihin. Kehitetyn uuden akkuteknologian ohella, Li-akut tarvitsevat myös lisää tutkimusta koskien puutteita esimerkiksi eliniässä ja turvallisuudessa.