Perché la ricarica rapida è la morte delle batterie
Vogliono cambiare l'olio, ma hanno ancora un difetto fatale su cui i produttori tacciono.
L'era del carbone è stata a lungo ricordata. Anche l'era del petrolio sta volgendo al termine. Nella terza decade del secolo XNUMX, stiamo chiaramente vivendo nell'era delle batterie.
IL LORO RUOLO è SEMPRE significativo da quando l'elettricità è entrata nella vita umana. Ma ora tre tendenze hanno improvvisamente reso l'accumulo di energia la tecnologia più importante del pianeta.
La prima tendenza è il boom dei dispositivi mobili (smartphone, tablet, laptop): prima avevamo bisogno di batterie per cose come torce elettriche, radio mobili e dispositivi portatili, tutti con usi relativamente limitati. Oggi tutti hanno almeno un dispositivo mobile personale, che usa quasi costantemente e senza il quale la sua vita è impensabile.
La SECONDA TENDENZA è l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e l'improvviso sfasamento tra i picchi di produzione e consumo di energia elettrica. Prima era facile: quando la sera i proprietari accendono stufe e televisori e il consumo aumenta vertiginosamente, i gestori di centrali termiche e nucleari devono semplicemente aumentare la potenza. Ma con la generazione solare ed eolica, questo è impossibile: il picco di produzione si verifica più spesso nel momento in cui il consumo è al livello più basso. Pertanto, l'energia deve essere immagazzinata in qualche modo. Un'opzione è la cosiddetta “società dell'idrogeno”, in cui l'elettricità viene convertita in idrogeno e poi alimenta il carburante alla rete e ai veicoli elettrici. Ma il costo straordinariamente alto delle infrastrutture necessarie ei brutti ricordi dell'umanità sull'idrogeno (Hindenburg e altri) lasciano per ora questo concetto nel dimenticatoio.
Le cosiddette "reti intelligenti" guardano nella mente dei dipartimenti marketing: le auto elettriche ricevono l'energia in eccesso al picco di produzione e poi, se necessario, la possono restituire alla rete. Tuttavia, le batterie moderne non sono ancora pronte per una simile sfida.
UN'ALTRA POSSIBILE RISPOSTA a questo problema promette una terza tendenza: la sostituzione dei motori a combustione interna con veicoli elettrici a batteria (BEV). Uno dei principali argomenti a favore di questi veicoli elettrici è che possono essere partecipanti attivi alla rete e prendere il surplus per restituirli quando necessario.
Ogni produttore di veicoli elettrici, da Tesla a Volkswagen, utilizza questa idea nei propri materiali di PR. Tuttavia, nessuno di loro riconosce ciò che è dolorosamente chiaro agli ingegneri: le batterie moderne non sono adatte a questo tipo di lavoro.
La TECNOLOGIA agli IONI DI LITIO che domina il mercato oggi e che trasporta dal tuo fitness tracker alla più veloce Tesla Model S ha molti vantaggi rispetto ai vecchi concetti come le batterie al piombo o al nichel-metallo idruro. Ma ha anche dei limiti e, soprattutto, una tendenza all'invecchiamento ..
La maggior parte delle persone pensa alle batterie come a una sorta di tubo in cui l'elettricità in qualche modo "fluisce". In pratica, tuttavia, le batterie non immagazzinano l'elettricità da sole. Lo usano per innescare determinate reazioni chimiche. Quindi possono iniziare la reazione opposta e riguadagnare la carica.
Per le batterie agli ioni di litio, la reazione con il rilascio di elettricità è simile a questa: gli ioni di litio si formano nell'anodo della batteria. Questi sono atomi di litio, ognuno dei quali ha perso un elettrone. Gli ioni si muovono attraverso l'elettrolita liquido al catodo. E gli elettroni rilasciati vengono incanalati attraverso un circuito elettrico, fornendo l'energia di cui abbiamo bisogno. Quando la batteria viene accesa per la ricarica, il processo viene invertito e gli ioni vengono raccolti insieme agli elettroni persi.
La "crescita eccessiva" con composti di litio può causare un cortocircuito e incendiare la batteria.
Sfortunatamente, TUTTAVIA, l'ELEVATA REATTIVITÀ che rende il litio così adatto alla produzione di batterie ha uno svantaggio: tende a partecipare ad altre reazioni chimiche indesiderate. Pertanto, sull'anodo si forma gradualmente un sottile strato di composti di litio che interferisce con le reazioni. E così la capacità della batteria diminuisce. Più intensamente viene caricato e scaricato, più spesso diventa questo rivestimento. A volte può anche rilasciare i cosiddetti "dendriti" - si pensi alle stalattiti di composti di litio - che si estendono dall'anodo al catodo e, se lo raggiungono, possono provocare un cortocircuito e incendiare la batteria.
Ogni ciclo di carica e scarica riduce la durata della batteria agli ioni di litio. Ma la ricarica rapida di recente moda con una corrente trifase accelera notevolmente il processo. Per gli smartphone questo non è un grosso ostacolo per i produttori, in ogni caso vogliono costringere gli utenti a cambiare dispositivo ogni due o tre anni, ma le auto sono un problema.
Per convincere i consumatori ad acquistare veicoli elettrici, i produttori devono anche invogliarli con opzioni di ricarica rapida. Ma le stazioni veloci come Ionity non sono adatte per l'uso quotidiano.
IL COSTO DELLA BATTERIA È UN ALTRO TERZO e anche più dell'intero prezzo dell'auto elettrica di oggi. Per convincere i propri clienti che non stanno acquistando una bomba ad orologeria, tutti i produttori forniscono una garanzia separata e più lunga sulla batteria. Allo stesso tempo, fanno affidamento su una ricarica più rapida per rendere le loro auto attraenti per i viaggi a lunga distanza. Fino a poco tempo fa, le stazioni di ricarica più veloci funzionavano a 50 kilowatt. Ma la nuova Mercedes EQC può essere ricaricata fino a 110kW, l'Audi e-tron fino a 150kW, come offerto dalle stazioni di ricarica europee Ionity, e Tesla si prepara ad alzare ulteriormente l'asticella.
Questi produttori ammettono subito che la ricarica rapida distruggerà le batterie. Stazioni come Ionity sono più adatte per le emergenze quando una persona ha fatto molta strada e ha poco tempo. Altrimenti, caricare lentamente la batteria a casa è un approccio intelligente.
Il livello di carica e scarica è importante anche per la sua durata. Pertanto, la maggior parte dei produttori non consiglia di caricare oltre l'80% o meno del 20%. Con questo approccio, una batteria agli ioni di litio perde in media circa il 2% della sua capacità all'anno. Pertanto, può durare 10 anni, o fino a circa 200 km, prima che la sua potenza diminuisca così tanto da diventare inutilizzabile in un'auto.
Infine, ovviamente, la DURATA DELLA BATTERIA dipende dalla sua composizione chimica unica. È diverso per ogni produttore e in molti casi è così nuovo che non si sa nemmeno come invecchierà nel tempo. Diversi produttori stanno già promettendo una nuova generazione di batterie con una durata di "un milione di miglia" (1.6 milioni di chilometri). Secondo Elon Musk, Tesla sta lavorando su uno di questi. L'azienda cinese CATL, che fornisce prodotti a BMW e a una mezza dozzina di altre aziende, ha promesso che la sua prossima batteria durerà 16 anni, o 2 milioni di chilometri. Anche la General Motors e la coreana LG Chem stanno sviluppando un progetto simile. Ognuna di queste aziende ha le proprie soluzioni tecnologiche che desidera provare nella vita reale. GM, ad esempio, utilizzerà materiali innovativi per impedire all'umidità di entrare nelle celle della batteria, che è la causa principale dell'incrostazione del litio sul catodo. La tecnologia CATL aggiunge alluminio all'anodo di nichel-cobalto-manganese. Ciò non solo riduce la necessità di cobalto, che è attualmente la più costosa di queste materie prime, ma aumenta anche la durata della batteria. Almeno questo è ciò che sperano gli ingegneri cinesi. I potenziali clienti sono lieti di sapere se un'idea funziona nella pratica.
