Miks on kiirlaadimine akude surm

Nad tahavad õli vahetada, kuid neil on siiski saatuslik viga, millest tootjad vaikivad.

Söeaega on juba ammu meeles peetud. Ka nafta ajastu on läbi saamas. XNUMXi sajandi kolmandal kümnendil elame selgelt patareide ajastul.

NENDE ROLL on ALATI olnud märkimisväärne alates sellest, kui elekter inimese ellu jõudis. Kuid nüüd on kolm suundumust muutnud energiasalvestuse planeedi kõige olulisemaks tehnoloogiaks.

Esimene trend on mobiilsete seadmete – nutitelefonid, tahvelarvutid, sülearvutid – buum. Varem vajasime akusid selliste asjade jaoks nagu taskulambid, mobiilraadiod ja kaasaskantavad seadmed – kõik suhteliselt piiratud kasutusega. Tänapäeval on igaühel vähemalt üks isiklik mobiilseade, mida ta peaaegu pidevalt kasutab ja ilma milleta pole tema elu mõeldav.

TEINE TREND on taastuvate energiaallikate kasutamine ning äkiline ebakõla elektri tootmise ja tarbimise tippude vahel. Varem oli see lihtne: kui omanikud panevad õhtul ahjud ja televiisorid käima ning tarbimine järsult tõuseb, peavad soojus- ja tuumajaamade operaatorid lihtsalt võimsust suurendama. Kuid päikese- ja tuuleenergia tootmisega on see võimatu: tootmise tipphetk toimub enamasti ajal, mil tarbimine on madalaimal tasemel. Seetõttu tuleb energiat kuidagi salvestada. Võimalus on nn vesinikuühiskond, kus elekter muudetakse vesinikuks ja seejärel suunatakse kütus võrku ja elektrisõidukitesse. Kuid vajaliku infrastruktuuri erakordselt kõrge hind ja inimkonna halvad mälestused vesinikust (Hindenburg jt) jätavad selle kontseptsiooni praegu tagaplaanile.

Niinimetatud "nutikad võrgud" näevad turundusosakondade mõtetes: elektriautod saavad tipptoodangul liigse energia ja saavad vajadusel selle võrku tagasi anda. Kuid tänapäevased patareid pole veel selliseks väljakutseks valmis.

TEISE VÕIMALIK VASTUS sellele probleemile lubab kolmandat suundumust: sisepõlemismootorite asendamine elektriakudega (BEV). Üks peamisi argumente nende elektrisõidukite kasuks on see, et nad saavad olla aktiivsed võrgus osalejad ja võtta ülejäägi, et neid vajaduse korral tagastada.

Iga elektritootja, alates Teslast kuni Volkswagenini, kasutab seda ideed oma PR-materjalides. Keegi neist ei tunnista aga seda, mis on inseneridele valusalt selge: tänapäevased patareid selliseks tööks ei sobi.

Tänapäeval turul domineeriv LITIUM-ioontehnoloogia, mis toimetab teie fitness-käevõrust kõige kiiremani, on Tesla Model S-l palju eeliseid vanemate kontseptsioonide ees, nagu pliihappe- või nikkelmetallhüdriidpatareid. Kuid sellel on ka mõned piirangud ja ennekõike kalduvus vananemisele.

Enamik inimesi peab patareisid mingiks toruks, millesse elekter kuidagi "voolab". Praktikas aga ei hoia patareid elektrit iseenesest. Nad kasutavad seda teatud keemiliste reaktsioonide käivitamiseks. Siis saavad nad alustada vastupidist reaktsiooni ja taastada oma laengu.

Liitiumioonakude puhul näeb reaktsioon elektri vabanemisega välja selline: liitiumioonid moodustuvad akus asuvas anoodis. Need on liitium aatomid, millest igaüks on kaotanud ühe elektroni. Ioonid liiguvad läbi vedela elektrolüüdi katoodi. Ja vabanenud elektronid suunatakse läbi elektriskeemi, pakkudes vajalikku energiat. Kui aku laadimiseks sisse lülitatakse, pööratakse protsess vastupidiseks ja ioonid kogutakse koos kadunud elektronidega.

Liitiumühenditega "ülekasv" võib põhjustada lühise ja aku süttida.

KÕRGE REAKTSIOONIVÕIME, mis muudab liitiumi akude valmistamiseks nii sobivaks, on aga paraku varjukülg – see kipub osalema muudes soovimatutes keemilistes reaktsioonides. Seetõttu tekib anoodile järk-järgult õhuke liitiumiühendite kiht, mis segab reaktsioone. Ja nii väheneb aku maht. Mida intensiivsemalt see laetakse ja tühjeneb, seda paksemaks see kate muutub. Mõnikord võib see isegi vabastada niinimetatud "dendriite" - mõelge liitiumiühendite stalaktiite -, mis ulatuvad anoodist katoodini ja võivad selleni jõudes põhjustada lühise ja aku süttida.

Iga laadimis- ja tühjendustsükkel lühendab liitiumioonaku eluiga. Kuid viimasel ajal moodne kiirlaadimine kolmefaasilise vooluga kiirendab protsessi oluliselt. Nutitelefonide puhul pole see tootjatele suur takistus, igal juhul tahetakse sundida kasutajaid iga kahe-kolme aasta tagant oma seadmeid vahetama.Aga autod on probleem.

Tarbijate veenmiseks elektrisõidukite ostmisel peavad tootjad neid ka kiirlaadimisvõimalustega meelitama. Kuid sellised kiired jaamad nagu Ionity ei sobi igapäevaseks kasutamiseks.

AKU MAKSUS ON VEEL KOLMAND ja isegi rohkem kui kogu tänapäeva elektriauto hind. Veenmaks oma kliente, et nad ei osta tiksuvat pommi, annavad kõik tootjad eraldi pikema akugarantii. Samal ajal tuginevad nad kiiremale laadimisele, et muuta nende autod pikamaareisi jaoks atraktiivseks. Kuni viimase ajani töötasid kiireimad laadimisjaamad 50 kilovati võimsusega. Kuid uut Mercedes EQC-d saab laadida kuni 110 kW, Audi e-troni kuni 150 kW, nagu pakuvad Euroopa Ionity laadimisjaamad, ja Tesla valmistub latti veelgi kõrgemale tõstma.

Need tootjad tunnistavad kiiresti, et kiire laadimine hävitab akusid. Jaamad nagu Ionity sobivad rohkem hädaolukordadeks, kui inimene on pika tee teinud ja tal on vähe aega. Muidu on aku aeglane laadimine kodus nutikas lähenemine.

See, kui laetud ja tühi see on, on oluline ka selle eluea jaoks. Seetõttu ei soovita enamik tootjaid laadida üle 80% või alla 20%. Selle lähenemisviisi korral kaotab liitiumioonaku keskmiselt umbes 2 protsenti oma võimsusest aastas. Seega võib see kesta 10 aastat ehk kuni umbes 200 000 km, enne kui võimsus langeb nii palju, et muutub autos kasutuskõlbmatuks.

Lõpuks, muidugi, aku kestvus sõltub selle ainulaadsest keemilisest koostisest. See on igal tootjal erinev ja paljudel juhtudel on see nii uus, et pole isegi teada, kuidas see aja jooksul vananeb. Mitmed tootjad lubavad juba uue põlvkonna patareisid, mille eluiga on „miljon miili” (1.6 miljonit kilomeetrit). Elon Muski sõnul töötab Tesla ühega neist. Hiina ettevõte CATL, kes tarnib tooteid BMW -le ja veel pool tosinat ettevõtet, on lubanud, et selle järgmine aku peab vastu 16 aastat ehk 2 miljonit kilomeetrit. Sarnast projekti arendavad ka General Motors ja Korea LG Chem. Kõigil neil ettevõtetel on oma tehnoloogilised lahendused, mida nad tahavad päriselus proovida. Näiteks kasutab GM uuenduslikke materjale, et vältida niiskuse sattumist akuelementidesse, mis on peamine põhjus katoodil oleva liitiumi katlakivi tekkeks. CATL-tehnoloogia lisab nikkel-koobalt-mangaananoodile alumiiniumi. See mitte ainult ei vähenda vajadust koobalti järele, mis on praegu neist toorainetest kõige kallim, vaid suurendab ka aku kasutusaega. Vähemalt nii loodavad Hiina insenerid. Potentsiaalsetel klientidel on hea meel teada saada, kas idee toimib ka praktikas.