Proč je rychlé nabíjení smrtí baterií
Chtějí vyměnit olej, ale stále mají fatální chybu, o které výrobci mlčí.
Uhelný věk byl dlouho připomínán. Éra ropy také končí. Ve třetím desetiletí století XNUMX jasně žijeme v éře baterií.
Jejich role byla VŽDY významná od doby, kdy do lidského života vstoupila elektřina. Ale nyní tři trendy náhle učinily skladování energie nejdůležitější technologií na planetě.
Prvním trendem je rozmach mobilních zařízení – smartphony, tablety, notebooky.Dřív jsme potřebovali baterie pro věci jako baterky, mobilní rádia a přenosná zařízení – to vše s relativně omezeným využitím. Dnes má každý alespoň jedno osobní mobilní zařízení, které používá téměř neustále a bez kterého je jeho život nemyslitelný.
DRUHÝM TRENDEM je využívání obnovitelných zdrojů energie a náhlý nesoulad mezi špičkami výroby a spotřeby elektřiny. Dříve to bylo jednoduché: když majitelé večer zapnou kamna a televizory a spotřeba prudce stoupne, provozovatelé tepelných elektráren a jaderných elektráren prostě musí zvýšit výkon. Ale s generováním slunce a větru je to nemožné: vrchol výroby nejčastěji nastává v době, kdy je spotřeba na nejnižší úrovni. Energie se proto musí nějak skladovat. Jednou z možností je takzvaná „vodíková společnost“, ve které se elektřina přeměňuje na vodík a následně dodává palivo do sítě a elektromobilů. Ale mimořádně vysoké náklady na nezbytnou infrastrukturu a špatné vzpomínky lidstva na vodík (Hindenburg a další) tuto koncepci zatím ponechávají stranou.
Takzvané „inteligentní sítě“ vypadají v myslích marketingových oddělení: elektrická vozidla dostávají přebytečnou energii při špičkové produkci a poté ji v případě potřeby mohou vrátit do sítě. Moderní baterie však na takovou výzvu ještě nejsou připraveny.
DALŠÍ MOŽNÁ ODPOVĚĎ na tento problém slibuje třetí trend: nahrazení spalovacích motorů bateriovými elektrickými vozidly (BEV). Jedním z hlavních argumentů ve prospěch těchto elektrických vozidel je, že mohou být aktivními účastníky sítě a přijímat přebytek, aby je v případě potřeby mohli vrátit.
Každý výrobce elektromobilů, od Tesly po Volkswagen, používá tuto myšlenku ve svých PR materiálech. Žádný z nich však neví, co je bolestivě jasné pro inženýry: moderní baterie nejsou pro takovou práci vhodné.
TECHNOLOGIE LITHIUM-ION, která dnes dominuje na trhu a dodává od vašeho fitness náramku po nejrychlejší Tesla Model S, má mnoho výhod oproti starším konceptům, jako jsou baterie olověné nebo nikl-metal hydridové. Má však také určitá omezení a především sklon ke stárnutí.
Většina lidí si o bateriích myslí, že jsou jakousi trubicí, do které nějakým způsobem „proudí“ elektřina. V praxi však baterie samy o sobě neukládají elektřinu. Používají ho k vyvolání určitých chemických reakcí. Pak mohou zahájit opačnou reakci a znovu nabít náboj.
U lithium-iontových baterií vypadá reakce s uvolněním elektřiny takto: lithiové ionty se tvoří na anodě v baterii. Jedná se o atomy lithia, z nichž každý ztratil jeden elektron. Ionty se pohybují kapalným elektrolytem na katodu. Uvolněné elektrony jsou směrovány elektrickým obvodem a poskytují potřebnou energii. Když je baterie zapnutá pro nabíjení, proces je obrácen a ionty jsou shromažďovány spolu se ztracenými elektrony.
„Přerůstání“ sloučeninami lithia může způsobit zkrat a vznícení baterie.
VYSOKÁ REAKTIVITA, díky které je lithium tak vhodné pro výrobu baterií, má však bohužel i nevýhodu – má tendenci se účastnit dalších, nežádoucích chemických reakcí. Na anodě se proto postupně vytvoří tenká vrstva sloučenin lithia, která ruší reakce. A tak kapacita baterie klesá. Čím intenzivněji se nabíjí a vybíjí, tím silnější je tento povlak. Někdy může dokonce uvolnit takzvané "dendrity" - myslím krápníky sloučenin lithia - které se rozprostírají od anody ke katodě, a pokud ji dosáhnou, mohou způsobit zkrat a zapálit baterii.
Každý cyklus nabíjení a vybíjení zkracuje životnost lithium-iontové baterie. Ale nedávno módní rychlonabíjení třífázovým proudem proces výrazně urychluje. U chytrých telefonů to pro výrobce není velká bariéra, každopádně chtějí donutit uživatele, aby každé dva až tři roky svá zařízení měnili, ale auta jsou problém.
Aby přesvědčili spotřebitele k nákupu elektrických vozidel, musí je výrobci také nalákat na možnosti rychlého nabíjení. Ale rychlé stanice jako Ionity nejsou vhodné pro každodenní použití.
NÁKLADY NA BATERIE JSOU DALŠÍ TŘETINOU a dokonce více než celá cena dnešního elektromobilu. Aby své zákazníky přesvědčili, že nekupují tikající bombu, poskytují všichni výrobci samostatnou delší záruku na baterie. Sázejí přitom na rychlejší nabíjení, aby jejich vozy byly atraktivní pro cestování na dlouhé vzdálenosti. Donedávna fungovaly nejrychlejší nabíjecí stanice s výkonem 50 kilowattů. Ale nový Mercedes EQC lze nabíjet až na 110 kW, Audi e-tron až na 150 kW, jak to nabízejí evropské dobíjecí stanice Ionity, a Tesla se chystá posunout laťku ještě výš.
Tito výrobci rychle připouštějí, že rychlé nabíjení baterie zničí. Stanice jako Ionity jsou vhodnější pro případ nouze, když osoba prošla dlouhou cestu a má málo času. V opačném případě je pomalé nabíjení baterie doma chytrým přístupem.
To, jak je nabitý a vybitý, je také důležité pro jeho životnost. Většina výrobců proto nedoporučuje nabíjení nad 80% a pod 20%. S tímto přístupem ztrácí lithium-iontová baterie v průměru asi 2 procenta své kapacity ročně. Může tedy trvat 10 let nebo až 200 000 km, než jeho síla poklesne natolik, že se stane nepoužitelným v automobilu.
Nakonec BATTERY LIFE samozřejmě závisí na svém jedinečném chemickém složení. U každého výrobce je jiný a v mnoha případech je tak nový, že se ani neví, jak postupem času stárne. Několik výrobců již slibuje novou generaci baterií s životností 1.6 milionu kilometrů. Podle Elona Muska Tesla na jednom z nich pracuje. Čínská společnost CATL, která dodává výrobky společnosti BMW a půl tuctu dalších společností, se zavázala, že její další baterie vydrží 16 let, tedy 2 miliony kilometrů. Podobný projekt vyvíjí také General Motors a korejský LG Chem. Každá z těchto společností má svá vlastní technologická řešení, která si chtějí vyzkoušet v reálném životě. Například GM bude používat inovativní materiály, aby se zabránilo vniknutí vlhkosti do článků baterie, což je hlavní příčinou vzniku šupin lithia na katodě. Technologie CATL přidává k anodě nikl-kobalt-mangan hliník. Tím se nejen sníží potřeba kobaltu, který je v současné době z těchto surovin nejdražší, ale také se zvýší životnost baterie. Alespoň v to doufají čínští inženýři. Potenciální klienti rádi vědí, zda nápad funguje v praxi.
