Kodėl greitas įkrovimas yra baterijų mirtis
Jie nori pakeisti alyvą, tačiau vis tiek turi lemtingą trūkumą, apie kurį gamintojai nutyli.
Anglių amžius jau seniai prisimenamas. Naftos era taip pat eina į pabaigą. Trečią XNUMX amžiaus dešimtmetį mes aiškiai gyvename baterijų eroje.
JŲ VAIDMUO VISADA buvo reikšminga nuo to laiko, kai elektra pateko į žmogaus gyvenimą. Tačiau dabar trys tendencijos staiga pavertė energijos kaupimą svarbiausia planetos technologija.
Pirmoji tendencija yra mobiliųjų įrenginių – išmaniųjų telefonų, planšetinių kompiuterių, nešiojamųjų kompiuterių – bumas. Anksčiau mums reikėjo baterijų, pvz., žibintuvėlių, mobiliųjų radijo imtuvų ir nešiojamų prietaisų, kurių naudojimas buvo palyginti ribotas. Šiandien kiekvienas turi bent vieną asmeninį mobilųjį įrenginį, kuriuo naudojasi beveik nuolat ir be kurio neįsivaizduojamas jo gyvenimas.
ANTRA TENDENCIJA – tai atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimas ir staigus elektros gamybos ir vartojimo piko neatitikimas. Anksčiau būdavo paprasta: vakare šeimininkams įjungus krosnis ir televizorių, o suvartojimas smarkiai išauga, šiluminių elektrinių ir atominių elektrinių operatoriams tiesiog tenka didinti galią. Tačiau generuojant saulės ir vėjo energiją tai neįmanoma: gamybos pikas dažniausiai būna tada, kai suvartojimas yra žemiausias. Todėl energiją reikia kažkaip kaupti. Galima pasirinkti vadinamąją „vandenilio visuomenę“, kurioje elektra paverčiama vandeniliu, o tada degalai tiekiami į tinklą ir elektrines transporto priemones. Tačiau nepaprastai didelė būtinos infrastruktūros kaina ir blogi žmonijos prisiminimai apie vandenilį (Hindenburgas ir kiti) kol kas palieka šią koncepciją antroje vietoje.
Vadinamieji „išmanieji tinklai“ atrodo rinkodaros skyrių galvose: elektromobiliai gauna perteklinę energiją didžiausios gamybos metu, o tada, jei reikia, gali ją grąžinti į tinklą. Tačiau šiuolaikinės baterijos dar nėra pasirengusios tokiam iššūkiui.
KITAS GALIMAS ATSAKYMAS į šią problemą žada trečią tendenciją: vidaus degimo variklių pakeitimas akumuliatorinėmis elektrinėmis transporto priemonėmis (BEV). Vienas pagrindinių argumentų, palaikančių šias elektrines transporto priemones, yra tas, kad jie gali būti aktyvūs tinklo dalyviai ir paimti perteklių, kad prireikus juos grąžintų.
Kiekvienas EV gamintojas, nuo „Tesla“ iki „Volkswagen“, naudoja šią idėją savo PR medžiagose. Tačiau nė vienas iš jų neatpažįsta to, kas inžinieriams yra skaudžiai aišku: šiuolaikinės baterijos nėra tinkamos tokiam darbui.
LITIUMO-JONO TECHNOLOGIJA, dominuojanti šiandien rinkoje ir pristatanti nuo jūsų fitneso apyrankės iki greičiausios, „Tesla Model S“ turi daug privalumų, palyginti su senesnėmis koncepcijomis, tokiomis kaip švino rūgšties ar nikelio metalo hidrido baterijos. Tačiau jis taip pat turi tam tikrų apribojimų ir, visų pirma, tendenciją senėti.
Daugelis žmonių galvoja apie baterijas kaip apie tam tikrą vamzdį, į kurį elektra kažkaip „teka“. Tačiau praktiškai akumuliatoriai patys nesukaupia elektros energijos. Jie ją naudoja tam tikroms cheminėms reakcijoms sukelti. Tada jie gali pradėti priešingą reakciją ir atgauti savo krūvį.
Ličio jonų baterijoms reakcija su elektros išsiskyrimu atrodo taip: ličio jonai susidaro ties akumuliatoriaus anodu. Tai yra ličio atomai, kurių kiekvienas prarado po vieną elektroną. Jonai per skystą elektrolitą juda į katodą. Išlaisvinti elektronai yra nukreipiami per elektros grandinę, suteikiant mums reikalingą energiją. Įjungus akumuliatorių įkrovimui, procesas yra atvirkštinis ir jonai surenkami kartu su pamestais elektronais.
„Peraugimas“ ličio junginiais gali sukelti trumpąjį jungimą ir uždegti akumuliatorių.
Deja, DIDELIS REAKTYVUMAS, dėl kurio litis yra toks tinkamas baterijų gamybai, turi neigiamą pusę – jis linkęs dalyvauti kitose, nepageidaujamose cheminėse reakcijose. Todėl ant anodo palaipsniui susidaro plonas ličio junginių sluoksnis, kuris trikdo reakcijas. Taigi akumuliatoriaus talpa mažėja. Kuo intensyviau ji įkraunama ir iškraunama, tuo ši danga tampa storesnė. Kartais jis netgi gali išskirti vadinamuosius „dendritus“ – pagalvokime apie ličio junginių stalaktitus – kurie tęsiasi nuo anodo iki katodo ir, pasiekę jį, gali sukelti trumpąjį jungimą ir uždegti bateriją.
Kiekvienas įkrovimo ir iškrovimo ciklas sutrumpina ličio jonų akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Tačiau pastaruoju metu madingas greitas įkrovimas su trifaze srove žymiai pagreitina procesą. Išmaniesiems telefonams tai nėra didelė kliūtis gamintojams, bet kuriuo atveju norima priversti vartotojus keisti įrenginius kas dvejus trejus metus.Bet automobiliai yra problema.
Norėdami įtikinti vartotojus pirkti elektrines transporto priemones, gamintojai taip pat turi juos privilioti greito įkrovimo galimybėmis. Tačiau tokios greitos stotys kaip „Ionity“ nėra tinkamos naudoti kasdien.
AKUMULIATORIŲ KAINA – KITAS TREČIASIS ir net daugiau nei visa šiandieninio elektromobilio kaina. Norėdami įtikinti savo klientus, kad jie neperka tiksinčios bombos, visi gamintojai suteikia atskirą ilgesnę akumuliatoriaus garantiją. Tuo pačiu metu jie pasikliauja greitesniu įkrovimu, kad jų automobiliai būtų patrauklūs ilgoms kelionėms. Dar visai neseniai greičiausios įkrovimo stotelės veikė 50 kilovatų galia. Tačiau naujasis „Mercedes EQC“ gali būti įkraunamas iki 110 kW, „Audi e-tron“ – iki 150 kW, kaip siūlo Europos „Ionity“ įkrovimo stotelės, o „Tesla“ ruošiasi kartelę kelti dar aukščiau.
Šie gamintojai greitai pripažįsta, kad greitas įkrovimas sunaikins baterijas. Tokios stotys kaip „Ionity“ labiau tinka kritinėms situacijoms, kai žmogus nuėjo ilgą kelią ir turi mažai laiko. Priešingu atveju lėtas akumuliatoriaus įkrovimas namuose yra protingas būdas.
Taip pat svarbu, kiek jis yra įkrautas ir iškrautas. Todėl dauguma gamintojų nerekomenduoja krauti daugiau nei 80% ir mažiau nei 20%. Taikant šį metodą, ličio jonų baterija per metus vidutiniškai praranda apie 2 procentus savo talpos. Taigi jis gali trukti 10 metų arba iki maždaug 200 000 km, kol jo galia tiek sumažės, kad automobilyje taps nebetinkama naudoti.
Galiausiai, žinoma, BATERY LIFE priklauso nuo unikalios cheminės sudėties. Kiekvienam gamintojui jis yra skirtingas, ir daugeliu atvejų jis yra toks naujas, kad net nežinoma, kaip laikui bėgant jis sens. Keli gamintojai jau žada naujos kartos baterijas, kurių tarnavimo laikas yra „vienas milijonas mylių“ (1.6 milijono kilometrų). Pasak Elono Musko, „Tesla“ dirba su vienu iš jų. Kinijos bendrovė „CATL“, tiekianti gaminius BMW ir pusei dešimčių kitų kompanijų, pažadėjo, kad kita jos baterija truks 16 metų arba 2 milijonus kilometrų. „General Motors“ ir Korėjos „LG Chem“ taip pat kuria panašų projektą. Kiekviena iš šių įmonių turi savo technologinius sprendimus, kuriuos nori išbandyti realiame gyvenime. Pavyzdžiui, GM naudos novatoriškas medžiagas, kad drėgmė nepatektų į akumuliatoriaus elementus, o tai yra pagrindinė ličio pleiskanojimo ant katodo priežastis. CATL technologija prideda aliuminio prie nikelio-kobalto-mangano anodo. Tai ne tik sumažina kobalto, kuris šiuo metu yra brangiausia iš šių žaliavų, poreikį, bet ir pailgina baterijos veikimo laiką. Bent jau to tikisi kinų inžinieriai. Potencialiems klientams malonu žinoti, ar idėja veikia praktiškai.
