Hvers vegna hröð hleðsla er dauði rafhlaðna

Þeir vilja skipta um olíu, en þeir hafa samt banvænan galla sem framleiðendur þegja um.

Kolmunnaaldar hefur lengi verið minnst. Tímabili olíu er einnig að ljúka. Á þriðja áratug XNUMX aldar lifum við greinilega á tímum rafgeyma.

HLUTVERK þeirra hefur ALLTAF verið verulegt síðan rafmagn kom inn í mannlífið. En nú hafa þrjár straumar skyndilega gert orkugeymslu að mikilvægustu tækni á jörðinni.

Fyrsta þróunin er uppsveifla í farsímum - snjallsímum, spjaldtölvum, fartölvum. Við þurftum áður rafhlöður fyrir hluti eins og vasaljós, útvarpstæki og flytjanleg tæki - allt með tiltölulega takmarkaða notkun. Í dag eiga allir að minnsta kosti eitt persónulegt farsímatæki, sem hann notar nánast stöðugt og án þess er líf hans óhugsandi.

ÖNNUR ÞRÍUNIN er notkun endurnýjanlegra orkugjafa og skyndilegt misræmi milli toppa raforkuframleiðslu og -notkunar. Það var áður auðvelt: Þegar eigendur kveikja á eldavélum og sjónvörpum á kvöldin og neysla eykst mikið, verða rekstraraðilar varmaorkuvera og kjarnorkuvera einfaldlega að auka aflið. En með myndun sólar og vinds er þetta ómögulegt: hámark framleiðslunnar gerist oftast á þeim tíma þegar neysla er í lágmarki. Þess vegna verður orka að geymast einhvern veginn. Valkostur er svokallað „vetnissamfélag“ þar sem raforku er breytt í vetni og kemur síðan eldsneytinu í netið og rafbíla. En óvenju hár kostnaður við nauðsynlega innviði og slæmar minningar mannkyns um vetni (Hindenburg og fleiri) skilja þessa hugmynd eftir í bili.

Svonefnd „snjallnet“ líta í huga markaðsdeildanna: rafbílar fá umfram orku í hámarksframleiðslu og geta þá, ef nauðsyn krefur, skilað henni á netið. Hins vegar eru nútíma rafhlöður ekki enn tilbúnar fyrir slíka áskorun.

ÖNNUR MÖGULEG SVAR við þessu vandamáli lofar þriðju þróuninni: að skipta um brunahreyfla með rafknúnum rafknúnum ökutækjum (BEV). Ein helsta röksemdin fyrir rafknúnum ökutækjum er að þeir geti verið virkir þátttakendur í ristinni og tekið afganginn til að skila þeim þegar þörf krefur.

Sérhver EV framleiðandi, frá Tesla til Volkswagen, notar þessa hugmynd í PR efni sínu. Enginn þeirra kannast hins vegar við það sem verkfræðingum er sárt ljóst: nútíma rafhlöður henta ekki til slíkrar vinnu.

LITHIUM-ION TÆKNIÐ sem ræður markaðnum í dag og skilar frá líkamsarmbandinu þínu til hraðasta Tesla Model S hefur marga kosti fram yfir eldri hugtök eins og blýsýru eða nikkel málmhýdríð rafhlöður. En það hefur líka nokkrar takmarkanir og umfram allt tilhneigingu til öldrunar ..

Flestir hugsa um rafhlöður sem eins konar rör sem rafmagn „rennur“ einhvern veginn í. Í reynd geyma rafhlöður þó ekki rafmagn út af fyrir sig. Þeir nota það til að koma af stað ákveðnum efnahvörfum. Þá geta þeir hafið gagnstæð viðbrögð og endurheimt hleðslu sína.

Fyrir litíumjónarafhlöður líta viðbrögðin við losun rafmagns þannig út: litíumjónir myndast við rafskautið í rafgeyminum. Þetta eru litíumatóm sem hvert og eitt hefur misst einn rafeind. Jónarnir fara í gegnum fljótandi raflausnina að bakskautinu. Og rafeindirnar sem sleppt eru fara í gegnum rafrás og veita þá orku sem við þurfum. Þegar kveikt er á rafhlöðunni til hleðslu snýst ferlið við og jónum er safnað með týndu rafeindunum.

„Ofvöxtur“ með litíum efnasamböndum getur valdið skammhlaupi og kveikt á rafhlöðunni.

Því miður, HINSVEGUR, hefur hin mikla hvarfvirkni sem gerir litíum svo hentugt til að búa til rafhlöður galla - það hefur tilhneigingu til að taka þátt í öðrum, óæskilegum efnahvörfum. Þess vegna myndast smám saman þunnt lag af litíumsamböndum á rafskautinu sem truflar viðbrögðin. Og þannig minnkar rafgeymirinn. Því ákafari sem það er hlaðið og losað, því þykkari verður þessi húðun. Stundum getur það jafnvel losað svokallaða "dendrites" - hugsaðu um dropasteina litíumefnasambanda - sem ná frá rafskautinu að bakskautinu og, ef þeir ná því, geta valdið skammhlaupi og kveikt í rafhlöðunni.

Hver hleðslu- og afhleðslulota styttir endingu litíumjónarafhlöðunnar. En nýlega smart hraðhleðslan með þriggja fasa straumi flýtir verulega fyrir ferlinu. Fyrir snjallsíma er þetta ekki stór hindrun fyrir framleiðendur, í öllu falli vilja þeir neyða notendur til að skipta um tæki sín á tveggja til þriggja ára fresti.En bílar eru vandamál.

Til að sannfæra neytendur um að kaupa rafknúin ökutæki verða framleiðendur einnig að tæla þá með hraðhleðsluvalkostum. En hraðstöðvar eins og Ionity henta ekki til daglegra nota.

KOSTNAÐUR Á RAFHLEYJU ER ANNUR þriðjungur og jafnvel meira en allt verð rafbíls í dag. Til að sannfæra viðskiptavini sína um að þeir séu ekki að kaupa tifandi sprengju veita allir framleiðendur sérstaka, lengri rafhlöðuábyrgð. Á sama tíma treysta þeir á hraðari hleðslu til að gera bíla sína aðlaðandi fyrir langferðir. Þar til nýlega voru hröðustu hleðslustöðvarnar starfræktar á 50 kílóvöttum. En nýja Mercedes EQC er hægt að hlaða allt að 110kW, Audi e-tron allt að 150kW, eins og evrópskar Ionity hleðslustöðvar bjóða upp á, og Tesla er að undirbúa að hækka griðina enn hærra.

Þessir framleiðendur eru fljótir að viðurkenna að hraðhleðsla eyðileggi rafhlöður. Stöðvar eins og Ionity henta betur í neyðartilvikum þegar maður hefur náð langt og hefur lítinn tíma. Annars er það snjöll nálgun að hlaða rafhlöðuna heima hjá þér.

Það er mikilvægt fyrir líftíma þess hve rukkað og losað það er. Þess vegna mæla flestir framleiðendur ekki með því að hlaða yfir 80% eða undir 20%. Með þessari nálgun tapar litíumjón rafhlaða að meðaltali um 2 prósent af getu sinni á ári. Þannig getur það varað í 10 ár, eða allt að um 200 km, áður en afl hans lækkar svo mikið að það verður ónothæft í bíl.

Að lokum, auðvitað, fer rafhlöðulífið eftir einstaka efnasamsetningu þess. Það er mismunandi fyrir hvern framleiðanda og í mörgum tilfellum er það svo nýtt að ekki er einu sinni vitað hvernig það mun eldast með tímanum. Nokkrir framleiðendur lofa nú þegar nýrri kynslóð af rafhlöðum með „1.6 milljón kílómetra“ líf. Að sögn Elon Musk er Tesla að vinna að einum þeirra. Kínverska fyrirtækið CATL, sem veitir BMW og hálfum öðrum fyrirtækjum vörur, hefur heitið því að næsta rafhlaða þess endist í 16 ár, eða 2 milljónir kílómetra. General Motors og LG Chem í Kóreu eru einnig að þróa svipað verkefni. Hvert þessara fyrirtækja hefur sínar eigin tæknilausnir sem þeir vilja prófa í raunveruleikanum. GM mun til dæmis nota nýstárleg efni til að koma í veg fyrir að raki komist inn í rafhlöðufrumur, helsta orsök litíumskala á bakskautinu. CATL tækni bætir áli við nikkel-kóbalt-mangan rafskautið. Þetta dregur ekki aðeins úr þörfinni fyrir kóbalt, sem nú er dýrasta af þessum hráefnum, heldur eykur einnig líftíma rafhlöðunnar. Að minnsta kosti er það það sem kínversku verkfræðingarnir vona. Hugsanlegum viðskiptavinum er ánægjulegt að vita hvort hugmynd virkar í reynd.