Miksi nopea lataus on akkujen kuolema
He haluavat vaihtaa öljyä, mutta heillä on silti kohtalokas virhe, josta valmistajat ovat hiljaa.
Hiilikautta on muistettu jo kauan. Öljyn aikakausi on myös päättymässä. XNUMX-vuosisadan kolmannella vuosikymmenellä elämme selvästi paristojen aikakautta.
Heidän roolinsa on aina ollut merkittävä siitä lähtien, kun sähkö tuli ihmisen elämään. Mutta nyt kolmesta suuntauksesta on yhtäkkiä tullut energian varastointi planeetan tärkeimmäksi tekniikaksi.
Ensimmäinen trendi on mobiililaitteiden – älypuhelimien, tablettien, kannettavien tietokoneiden – noususuhdanne. Tarvitsimme paristoja esimerkiksi taskulampuille, mobiiliradioille ja kannettaville laitteille – joita kaikkia käytetään suhteellisen rajoitetusti. Nykyään jokaisella on ainakin yksi henkilökohtainen mobiililaite, jota hän käyttää lähes jatkuvasti ja jota ilman hänen elämänsä on mahdotonta ajatella.
TOINEN TRENDI on uusiutuvien energialähteiden käyttö ja äkillinen ero sähköntuotannon ja -kulutuksen huippujen välillä. Ennen se oli helppoa: kun omistajat laittavat uunit ja televisiot päälle illalla ja kulutus kasvaa jyrkästi, lämpö- ja ydinvoimalaitosten käyttäjien on vain lisättävä tehoa. Mutta aurinko- ja tuulivoimalla tämä on mahdotonta: tuotannon huippu tapahtuu useimmiten ajankohtana, jolloin kulutus on alhaisimmalla tasolla. Siksi energia on varastoitava jotenkin. Vaihtoehtona on niin sanottu "vetyyhteiskunta", jossa sähkö muunnetaan vedyksi ja syötetään sitten polttoaineen verkkoon ja sähköajoneuvoihin. Mutta tarvittavan infrastruktuurin poikkeuksellisen korkea hinta ja ihmiskunnan huonot muistot vedystä (Hindenburg ja muut) jättävät tämän konseptin toistaiseksi taka-alalle.
Niin kutsutut "älykkäät verkot" näyttävät markkinointiosastojen mielissä: sähköajoneuvot saavat ylimääräisen energian huipputuotannossa ja voivat tarvittaessa palauttaa sen verkkoon. Nykyaikaiset paristot eivät kuitenkaan ole vielä valmiita tällaiseen haasteeseen.
TOINEN MAHDOLLINEN VASTAUS tähän ongelmaan lupaa kolmannen suuntauksen: polttomoottorien korvaaminen akkukäyttöisillä ajoneuvoilla (BEV). Yksi tärkeimmistä argumenteista näiden sähköajoneuvojen puolesta on, että ne voivat olla aktiivisia osallistujia verkkoon ja ottaa ylijäämän palauttaakseen ne tarvittaessa.
Jokainen EV-valmistaja Teslasta Volkswageniin käyttää tätä ideaa PR-materiaaleissaan. Kukaan heistä ei kuitenkaan myönnä sitä, mikä insinööreille on tuskallisen selvää: nykyaikaiset paristot eivät sovellu tällaiseen työhön.
LITHIUM-ION-TEKNOLOGIA, joka hallitsee nykyään markkinoita ja toimittaa kuntoseurannastasi nopeimpaan, Tesla Model S: llä on monia etuja verrattuna vanhempiin konsepteihin, kuten lyijyhappo- tai nikkelimetallihydridiakut. Mutta sillä on myös joitain rajoituksia ja ennen kaikkea taipumus ikääntymiseen.
Useimmat ihmiset ajattelevat paristoja eräänlaisena putkena, johon sähkö jotenkin "virtaa". Käytännössä paristot eivät kuitenkaan varastoi sähköä itsestään. He käyttävät sitä tiettyjen kemiallisten reaktioiden laukaisemiseksi. Sitten he voivat aloittaa päinvastaisen reaktion ja palauttaa latauksensa.
Litium-ioniakkujen reaktio sähkön vapautumisen kanssa näyttää tältä: litiumioneja muodostuu akun anodiin. Nämä ovat litiumatomia, joista kukin on menettänyt yhden elektronin. Ionit liikkuvat nestemäisen elektrolyytin läpi katodiin. Ja vapautuneet elektronit kanavoidaan sähköpiirin kautta tarjoten tarvitsemamme energia. Kun akku kytketään päälle latausta varten, prosessi muuttuu päinvastaiseksi ja ionit kerätään yhdessä menetettyjen elektronien kanssa.
Litiumyhdisteiden "liikakasvu" voi aiheuttaa oikosulun ja sytyttää akun.
Valitettavasti korkealla REAKTIIVISUudella, joka tekee litiumista niin sopivan akkujen valmistukseen, on kuitenkin haittapuoli - sillä on taipumus osallistua muihin, ei-toivottuihin kemiallisiin reaktioihin. Siksi anodille muodostuu vähitellen ohut kerros litiumyhdisteitä, mikä häiritsee reaktioita. Ja näin akun kapasiteetti laskee. Mitä voimakkaammin se ladataan ja puretaan, sitä paksummaksi tämä pinnoite tulee. Joskus se voi jopa vapauttaa niin kutsuttuja "dendriittejä" - ajatellaan litiumyhdisteiden tippukiviä - jotka ulottuvat anodista katodille ja voivat saavuttaessaan aiheuttaa oikosulun ja sytyttää akun.
Jokainen lataus- ja purkujakso lyhentää litiumioniakun käyttöikää. Mutta viime aikoina muodikas pikalataus kolmivaihevirralla nopeuttaa prosessia merkittävästi. Älypuhelimille tämä ei ole suuri este valmistajille, joka tapauksessa he haluavat pakottaa käyttäjät vaihtamaan laitteita kahden tai kolmen vuoden välein, mutta autot ovat ongelma.
Vakuuttaakseen kuluttajat ostamaan sähköajoneuvoja, valmistajien on myös houkuteltava heitä pikalatausvaihtoehdoilla. Mutta nopeat asemat, kuten Ionity, eivät sovi jokapäiväiseen käyttöön.
AKUN HINTA ON TOINEN KOLMAS ja jopa enemmän kuin tämän päivän sähköauton koko hinta. Vakuuttaakseen asiakkaat, etteivät he osta tikittävää pommia, kaikki valmistajat tarjoavat erillisen, pidemmän akun takuun. Samalla he luottavat nopeampaan lataukseen tehdäkseen autoistaan houkuttelevia pitkän matkan matkoille. Viime aikoihin asti nopeimmat latausasemat toimivat 50 kilowatilla. Mutta uusi Mercedes EQC voidaan ladata jopa 110 kW, Audi e-tron jopa 150 kW, kuten Euroopan Ionity-latausasemat tarjoavat, ja Tesla valmistautuu nostamaan rimaa vielä korkeammalle.
Nämä valmistajat myöntävät nopeasti, että nopea lataaminen tuhoaa akut. Asemat, kuten Ionity, soveltuvat paremmin hätätilanteisiin, kun henkilö on edennyt pitkälle ja hänellä on vähän aikaa. Muuten akun lataaminen hitaasti kotona on älykäs tapa.
Se, kuinka ladattu ja purettu se on, on myös tärkeää sen käyttöiän kannalta. Siksi useimmat valmistajat eivät suosittele lataamista yli 80% tai alle 20%. Tällä lähestymistavalla litiumioniakku menettää keskimäärin noin 2 prosenttia kapasiteetistaan vuodessa. Siten se voi kestää 10 vuotta tai jopa noin 200 000 km, ennen kuin sen teho putoaa niin paljon, että siitä tulee käyttökelvoton autossa.
Lopuksi, tietysti, AKUN ELÄMÄ riippuu sen ainutlaatuisesta kemiallisesta koostumuksesta. Se on erilainen jokaisella valmistajalla, ja monissa tapauksissa se on niin uusi, että ei edes tiedetä, kuinka se ikääntyy ajan myötä. Useat valmistajat lupaavat jo uuden sukupolven akkuja, joiden käyttöikä on "miljoona mailia" (1.6 miljoonaa kilometriä). Elon Muskin mukaan Tesla työskentelee yhdessä niistä. Kiinalainen yritys CATL, joka toimittaa tuotteita BMW: lle ja puoli tusinaa muuta yritystä, on luvannut, että sen seuraava akku kestää 16 vuotta eli 2 miljoonaa kilometriä. Myös General Motors ja korealainen LG Chem kehittävät samanlaista hanketta. Jokaisella näistä yrityksistä on omat teknologiaratkaisunsa, joita he haluavat kokeilla tosielämässä. Esimerkiksi GM käyttää innovatiivisia materiaaleja estääkseen kosteuden pääsyn akkukennoihin, mikä on tärkein syy katodin litiumkalkinpoistoon. CATL-tekniikka lisää alumiinia nikkeli-koboltti-mangaanianodiin. Tämä vähentää paitsi koboltin tarvetta, joka on tällä hetkellä kallein näistä raaka -aineista, mutta myös pidentää akun käyttöikää. Ainakin kiinalaiset insinöörit toivovat sitä. Potentiaaliset asiakkaat ovat iloisia siitä, toimiiko idea käytännössä.
