لماذا الشحن السريع هو نفاد البطاريات

إنهم يريدون تغيير الزيت ، لكن لا يزال لديهم عيب فادح يصمت عنه المصنعون.

لطالما تم تذكر عصر الفحم. عصر النفط يقترب أيضا من نهايته. في العقد الثالث من القرن XNUMX ، من الواضح أننا نعيش في عصر البطاريات.

لقد كان دورهم دائمًا مهمًا منذ دخول الكهرباء حياة الإنسان. لكن ثلاثة اتجاهات الآن جعلت تخزين الطاقة فجأة أهم تقنية على هذا الكوكب.

الاتجاه الأول هو الازدهار في الأجهزة المحمولة - الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. اعتدنا على الحاجة إلى بطاريات لأشياء مثل المصابيح الكهربائية وأجهزة الراديو المحمولة والأجهزة المحمولة - وكل ذلك باستخدام محدود نسبيًا. اليوم ، يمتلك كل شخص جهازًا محمولًا شخصيًا واحدًا على الأقل ، يستخدمه بشكل شبه دائم ، وبدونه لا يمكن تصور حياته.

الاتجاه الثاني هو استخدام مصادر الطاقة المتجددة والتفاوت المفاجئ بين قمم إنتاج الكهرباء واستهلاكها. كان الأمر سهلاً في السابق: عندما يقوم المالكون بتشغيل المواقد وأجهزة التلفزيون في المساء ، ويزداد الاستهلاك بشكل حاد ، يتعين على مشغلي محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية ببساطة زيادة الطاقة. ولكن مع توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، فإن هذا أمر مستحيل: فغالبًا ما تحدث ذروة الإنتاج في وقت يكون فيه الاستهلاك عند أدنى مستوى له. لذلك ، يجب تخزين الطاقة بطريقة ما. أحد الخيارات هو ما يسمى بـ "مجتمع الهيدروجين" ، حيث يتم تحويل الكهرباء إلى هيدروجين ثم تغذي الوقود للشبكة والمركبات الكهربائية. لكن التكلفة الباهظة بشكل غير عادي للبنية التحتية الضرورية والذكريات السيئة للبشرية عن الهيدروجين (هيندنبورغ وغيرها) تترك هذا المفهوم في مأزق في الوقت الحالي.

تبحث ما يسمى بـ "الشبكات الذكية" في أذهان أقسام التسويق: تتلقى السيارات الكهربائية الطاقة الزائدة في ذروة الإنتاج ، وبعد ذلك ، إذا لزم الأمر ، يمكن إعادتها إلى الشبكة. ومع ذلك ، فإن البطاريات الحديثة ليست جاهزة بعد لمثل هذا التحدي.

هناك إجابة أخرى محتملة لهذه المشكلة تعد باتجاه ثالث: استبدال محركات الاحتراق الداخلي بمركبات كهربائية تعمل بالبطارية (BEVs). تتمثل إحدى الحجج الرئيسية لصالح هذه المركبات الكهربائية في أنها يمكن أن تكون مشاركًا نشطًا في الشبكة وأن تأخذ الفائض لإعادتها عند الحاجة.

يستخدم كل صانع للسيارات الكهربائية ، من تسلا إلى فولكس فاجن ، هذه الفكرة في مواد العلاقات العامة الخاصة بهم. ومع ذلك ، لا يدرك أي منهم ما هو واضح بشكل مؤلم للمهندسين: البطاريات الحديثة ليست مناسبة لمثل هذا العمل.

تتمتع تقنية LITHIUM-ION TECHNOLOGY التي تهيمن على السوق اليوم وتقدم من سوار اللياقة الخاص بك إلى أسرع طراز Tesla Model S بالعديد من المزايا مقارنة بالمفاهيم القديمة مثل بطاريات حمض الرصاص أو بطاريات هيدريد النيكل المعدنية. ولكن لها أيضًا بعض القيود ، وقبل كل شيء ، الميل نحو الشيخوخة ..

يعتقد معظم الناس أن البطاريات نوع من الأنبوب الذي "تتدفق" فيه الكهرباء بطريقة ما. لكن من الناحية العملية ، لا تخزن البطاريات الكهرباء من تلقاء نفسها. يستخدمونها لإثارة تفاعلات كيميائية معينة. ثم يمكنهم بدء رد الفعل المعاكس واستعادة شحنتهم.

بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون ، يبدو التفاعل مع إطلاق الكهرباء كما يلي: تتشكل أيونات الليثيوم عند القطب الموجب في البطارية. هذه هي ذرات الليثيوم ، فقدت كل منها إلكترونًا واحدًا. تنتقل الأيونات عبر السائل المنحل بالكهرباء إلى الكاثود. ويتم توجيه الإلكترونات المحررة عبر دائرة كهربائية ، مما يوفر الطاقة التي نحتاجها. عند تشغيل البطارية للشحن ، تنعكس العملية وتجمع الأيونات مع الإلكترونات المفقودة.

يمكن أن يتسبب "النمو الزائد" بمركبات الليثيوم في حدوث ماس كهربائي وإشعال البطارية.

لسوء الحظ ، ومع ذلك ، فإن التفاعل العالي الذي يجعل الليثيوم مناسبًا جدًا لصنع البطاريات له جانب سلبي - فهو يميل إلى المشاركة في تفاعلات كيميائية أخرى غير مرغوب فيها. لذلك ، تتكون طبقة رقيقة من مركبات الليثيوم تدريجيًا على الأنود ، مما يتداخل مع التفاعلات. وبالتالي تقل سعة البطارية. كلما زادت كثافة الشحن والتفريغ ، زادت سماكة هذا الطلاء. في بعض الأحيان يمكن أن يطلق ما يسمى بـ "التشعبات" - فكر في مقرنصات مركبات الليثيوم - التي تمتد من القطب الموجب إلى القطب السالب ، وإذا وصلت إليه ، يمكن أن يتسبب في حدوث ماس كهربائي وإشعال البطارية.

تعمل كل دورة شحن وتفريغ على تقصير عمر بطارية ليثيوم أيون. لكن الشحن السريع المألوف مؤخرًا بتيار ثلاثي الطور يسرع العملية بشكل كبير. بالنسبة للهواتف الذكية ، هذا ليس عائقًا كبيرًا أمام الشركات المصنعة ، على أي حال ، يريدون إجبار المستخدمين على تغيير أجهزتهم كل سنتين إلى ثلاث سنوات ، لكن السيارات تمثل مشكلة.

لإقناع المستهلكين بشراء السيارات الكهربائية ، يجب على الشركات المصنعة أيضًا إغرائهم بخيارات الشحن السريع. لكن المحطات السريعة مثل Ionity ليست مناسبة للاستخدام اليومي.

تكلفة البطارية هي تكلفة ثالثة أخرى وحتى أكثر من السعر الكامل للسيارة الكهربائية اليوم. لإقناع عملائهم بأنهم لا يشترون قنبلة موقوتة ، توفر جميع الشركات المصنعة ضمانًا منفصلاً أطول للبطارية. في الوقت نفسه ، يعتمدون على الشحن الأسرع لجعل سياراتهم جذابة للسفر لمسافات طويلة. حتى وقت قريب ، كانت أسرع محطات الشحن تعمل بقدرة 50 كيلووات. لكن يمكن شحن سيارة مرسيدس EQC الجديدة حتى 110 كيلو واط ، وشحن سيارة Audi e-tron حتى 150 كيلو واط ، كما تقدمه محطات الشحن الأوروبية Ionity ، وتستعد Tesla لرفع مستوى أعلى.

يسارع هؤلاء المصنّعون إلى الاعتراف بأن الشحن السريع سيدمر البطاريات. تعد المحطات مثل Ionity أكثر ملاءمة لحالات الطوارئ عندما يكون الشخص قد قطع شوطًا طويلاً وليس لديه وقت طويل. خلاف ذلك ، يعد شحن البطارية ببطء في المنزل طريقة ذكية.

كيف يتم شحنها وتفريغها مهم أيضًا لعمرها. لذلك ، لا توصي معظم الشركات المصنعة بفرض رسوم أعلى من 80٪ وأقل من 20٪. مع هذا النهج ، تفقد بطارية ليثيوم أيون في المتوسط ​​حوالي 2 بالمائة من قدرتها سنويًا. وبالتالي ، يمكن أن تستمر 10 سنوات ، أو ما يصل إلى 200 كيلومتر ، قبل أن تنخفض قوتها بشكل كبير بحيث تصبح غير قابلة للاستخدام في السيارة.

أخيرًا ، بالطبع ، تعتمد BATTERY LIFE على تركيبتها الكيميائية الفريدة. إنه مختلف لكل مصنع ، وفي كثير من الحالات يكون جديدًا جدًا لدرجة أنه لا يُعرف حتى كيف سيتقدم في العمر بمرور الوقت. العديد من الشركات المصنعة تعد بالفعل بجيل جديد من البطاريات بعمر "مليون ميل" (1.6 مليون كيلومتر). وفقًا لـ Elon Musk ، تعمل Tesla على أحدها. تعهدت شركة CATL الصينية ، التي تزود منتجات BMW وست شركات أخرى ، بأن بطاريتها القادمة ستستمر 16 عامًا ، أو 2 مليون كيلومتر. كما تقوم جنرال موتورز وشركة LG Chem الكورية بتطوير مشروع مماثل. كل من هذه الشركات لديها حلول تقنية خاصة بها تريد تجربتها في الحياة الواقعية. جنرال موتورز ، على سبيل المثال ، ستستخدم مواد مبتكرة لمنع الرطوبة من دخول خلايا البطارية ، وهو السبب الرئيسي لتحجيم الليثيوم على الكاثود. تضيف تقنية CATL الألمنيوم إلى القطب الموجب المصنوع من النيكل والكوبالت والمنغنيز. هذا لا يقلل فقط من الحاجة إلى الكوبالت ، الذي يعد حاليًا أغلى هذه المواد الخام ، ولكنه يزيد أيضًا من عمر البطارية. على الأقل هذا ما يأمله المهندسون الصينيون. يسعد العملاء المحتملون بمعرفة ما إذا كانت الفكرة تعمل في الممارسة العملية.