Zašto je brzo punjenje smrt baterija
Žele promijeniti ulje, ali i dalje imaju fatalnu manu o kojoj proizvođači šute.
Doba ugljena dugo je ostalo u sjećanju. Era nafte se takođe bliži kraju. U trećoj deceniji XNUMX vijeka očito živimo u eri baterija.
NJIHOVA JE ULOGA UVIJEK bila značajna otkako je električna energija ušla u ljudski život. Ali sada su tri trenda odjednom učinila skladištenje energije najvažnijom tehnologijom na planeti.
Prvi trend je bum mobilnih uređaja - pametnih telefona, tableta, laptopa. Nekada su nam bile potrebne baterije za stvari poput baterijskih lampi, mobilnih radija i prijenosnih uređaja - sve s relativno ograničenom upotrebom. Danas svako ima barem jedan lični mobilni uređaj, koji koristi gotovo stalno i bez kojeg mu je život nezamisliv.
DRUGI TREND je korištenje obnovljivih izvora energije i iznenadni nesklad između vrhunaca proizvodnje i potrošnje električne energije. Nekada je bilo lako: kada vlasnici uveče pale peći i televizore, a potrošnja naglo poraste, operateri termoelektrana i nuklearnih elektrana jednostavno moraju povećati snagu. Ali kod proizvodnje sunca i vjetra, to je nemoguće: vrhunac proizvodnje najčešće se javlja u vrijeme kada je potrošnja na najnižem nivou. Stoga se energija mora na neki način skladištiti. Opcija je takozvano "vodonično društvo", u kojem se električna energija pretvara u vodonik, a zatim se gorivom dovodi u mrežu i električna vozila. Ali izuzetno visoka cijena potrebne infrastrukture i loša sjećanja čovječanstva na vodonik (Hindenburg i drugi) za sada ostavljaju ovaj koncept u pozadini.
Takozvane "pametne mreže" izgledaju u svijesti marketinških odjela: električni automobili primaju višak energije pri vrhuncu proizvodnje, a zatim je, ako je potrebno, mogu vratiti u mrežu. Međutim, moderne baterije još nisu spremne za takav izazov.
JOŠ JEDAN MOGUĆI ODGOVOR na ovaj problem obećava treći trend: zamjenu motora sa unutrašnjim sagorijevanjem električnim vozilima na akumulator (BEV). Jedan od glavnih argumenata u korist ovih električnih vozila je da oni mogu biti aktivni sudionici mreže i uzimati višak kako bi ih vratili po potrebi.
Svaki proizvođač EV-a, od Tesle do Volkswagena, koristi ovu ideju u svojim PR materijalima. Međutim, niko od njih ne prepoznaje ono što je inženjerima bolno jasno: moderne baterije nisu pogodne za takav rad.
LITIJUM-IONSKA TEHNOLOGIJA koja danas dominira na tržištu i isporučuje od vaše narukvice za fitnes do najbržeg Tesla Model S ima brojne prednosti u odnosu na starije koncepte poput baterija od olovne kiseline ili metal-nikl-hidrida. Ali ima i određenih ograničenja i, prije svega, tendenciju ka starenju ..
Većina ljudi o baterijama misli kao o svojevrsnoj cijevi u koju se nekako "ulijeva" struja. Međutim, u praksi baterije ne skladište električnu energiju same. Koriste ga za pokretanje određenih hemijskih reakcija. Tada mogu započeti suprotnu reakciju i vratiti naboj.
Za litijum-jonske baterije reakcija sa oslobađanjem električne energije izgleda ovako: litijum-joni nastaju na anodi u bateriji. To su atomi litijuma, od kojih je svaki izgubio po jedan elektron. Joni se kreću kroz tečni elektrolit do katode. A oslobođeni elektroni usmjeravaju se kroz električni krug, pružajući energiju koja nam je potrebna. Kada se baterija uključi za punjenje, proces se obrće i ioni se sakupljaju zajedno sa izgubljenim elektronima.
"Prerastanje" spojeva litija može prouzrokovati kratki spoj i zapaliti bateriju.
Nažalost, MEĐUTIM VISOKA REAKTIVNOST koja čini litijum tako pogodnim za pravljenje baterija ima lošu stranu - on ima tendenciju da učestvuje u drugim, nepoželjnim hemijskim reakcijama. Zbog toga se na anodi postepeno formira tanak sloj litijevih spojeva, koji ometaju reakcije. I tako se kapacitet baterije smanjuje. Što se intenzivnije puni i prazni, ovaj premaz postaje deblji. Ponekad čak može osloboditi takozvane "dendrite" - mislim stalaktiti litijevih spojeva - koji se protežu od anode do katode i, ako dođu do nje, mogu uzrokovati kratki spoj i zapaliti bateriju.
Svaki ciklus punjenja i pražnjenja skraćuje vijek trajanja litijum-jonske baterije. Ali nedavno moderno brzo punjenje trofaznom strujom značajno ubrzava proces. Za pametne telefone to nije velika prepreka za proizvođače, u svakom slučaju, oni žele natjerati korisnike da mijenjaju svoje uređaje svake dvije do tri godine.Ali automobili su problem.
Da bi uvjerili potrošače da kupuju električna vozila, proizvođači ih moraju namamiti i mogućnostima brzog punjenja. Ali brze stanice poput Ionityja nisu pogodne za svakodnevnu upotrebu.
TROŠKOVI BATERIJE JE JOŠ TREĆINA pa čak i više od ukupne cijene današnjeg električnog automobila. Kako bi uvjerili svoje kupce da ne kupuju bombu koja otkucava, svi proizvođači daju posebnu, dužu garanciju na baterije. Istovremeno se oslanjaju na brže punjenje kako bi svoje automobile učinili atraktivnim za putovanja na velike udaljenosti. Donedavno su najbrže punionice radile na 50 kilovata. Ali novi Mercedes EQC može se puniti do 110 kW, Audi e-tron do 150 kW, kao što nude evropske stanice za punjenje Ionity, a Tesla se sprema da podigne ljestvicu još više.
Ovi proizvođači brzo priznaju da će brzo punjenje uništiti baterije. Stanice poput Ionityja prikladnije su za hitne slučajeve kada je osoba prevalila dug put i ima malo vremena. Inače, polako punjenje baterije kod kuće pametan je pristup.
Koliko je napunjen i ispražnjen, takođe je važno za njegov životni vijek. Stoga većina proizvođača ne preporučuje punjenje iznad 80% i ispod 20%. Ovim pristupom litijum-jonska baterija godišnje u prosjeku izgubi oko 2 posto svog kapaciteta. Tako može trajati 10 godina, odnosno do oko 200 000 km, prije nego što mu snaga toliko padne da postane neupotrebljiv u automobilu.
Konačno, naravno, BATERIJSKI ŽIVOT zavisi od jedinstvenog hemijskog sastava. Različit je za svakog proizvođača, a u mnogim je slučajevima toliko nov da se čak ne zna ni kako će starjeti s vremenom. Nekoliko proizvođača već obećava novu generaciju baterija sa životnim vijekom od 1.6 miliona kilometara. Prema riječima Elona Muska, Tesla radi na jednom od njih. Kineska kompanija CATL, koja isporučuje proizvode BMW -u i još nekoliko drugih kompanija, obećala je da će njena sljedeća baterija trajati 16 godina, odnosno 2 miliona kilometara. General Motors i korejski LG Chem također razvijaju sličan projekt. Svaka od ovih kompanija ima svoja tehnološka rješenja koja žele isprobati u stvarnom životu. GM će, na primjer, koristiti inovativne materijale kako bi spriječio ulazak vlage u baterije, što je glavni uzrok stvaranja kamenca litija na katodi. CATL tehnologija dodaje aluminij anodi od nikal-kobalt-mangana. Ovo ne samo da smanjuje potrebu za kobaltom, koji je trenutno najskuplja od ovih sirovina, već i povećava vijek trajanja baterije. Tako se barem nadaju kineski inženjeri. Potencijalni klijenti sa zadovoljstvom znaju da li ideja funkcionira u praksi.
