Waarom snel opladen de dood van batterijen is
Artikelen

Waarom snel opladen de dood van batterijen is

Ze willen de olie verversen, maar ze hebben nog steeds een fatale fout waar de fabrikanten over zwijgen.

Het kolentijdperk is lang herinnerd. Ook het olietijdperk loopt ten einde. In het derde decennium van de XNUMXe eeuw leven we duidelijk in het tijdperk van batterijen.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

HUN ROL is ALTIJD belangrijk geweest sinds elektriciteit zijn intrede deed in het menselijk leven. Maar nu hebben drie trends plotseling van energieopslag de belangrijkste technologie ter wereld gemaakt.

De eerste trend is de opkomst van mobiele apparaten - smartphones, tablets, laptops.Vroeger hadden we batterijen nodig voor zaken als zaklampen, mobiele radio's en draagbare apparaten - allemaal met een relatief beperkt gebruik. Tegenwoordig heeft iedereen minstens één persoonlijk mobiel apparaat, dat hij bijna constant gebruikt en zonder welk zijn leven ondenkbaar is.

De TWEEDE TREND is het gebruik van hernieuwbare energiebronnen en de plotselinge discrepantie tussen pieken in elektriciteitsproductie en -verbruik. Vroeger was het eenvoudig: als de eigenaren 's avonds kachels en tv's aanzetten en het verbruik sterk stijgt, moeten exploitanten van thermische centrales en kerncentrales het vermogen gewoon verhogen. Maar bij de opwekking van zon en wind is dat onmogelijk: de piek van de productie valt meestal op een moment dat het verbruik op het laagste niveau is. Daarom moet energie op de een of andere manier worden opgeslagen. Een optie is de zogenaamde ‘waterstofsamenleving’, waarbij elektriciteit wordt omgezet in waterstof en vervolgens de brandstof levert aan het net en elektrische voertuigen. Maar de buitengewoon hoge kosten van de noodzakelijke infrastructuur en de slechte herinneringen van de mensheid aan waterstof (Hindenburg en anderen) laten dit concept voorlopig op een laag pitje staan.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

Zogenaamde "smart grids" verschijnen in de hoofden van marketingafdelingen: elektrische voertuigen ontvangen overtollige energie op het hoogtepunt van de productie en kunnen deze, indien nodig, terugleveren aan het net. Moderne batterijen zijn echter nog niet klaar voor zo'n uitdaging.

EEN ANDER MOGELIJK ANTWOORD op dit probleem belooft een derde trend: de vervanging van verbrandingsmotoren door batterij-elektrische voertuigen (BEV's). Een van de belangrijkste verkoopargumenten voor deze elektrische voertuigen is dat ze actieve deelnemers aan het elektriciteitsnet kunnen zijn en overschotten kunnen meenemen om terug te keren wanneer dat nodig is.

Elke fabrikant van elektrische auto's, van Tesla tot Volkswagen, gebruikt dit idee in hun PR-materiaal. Geen van hen geeft echter toe wat voor ingenieurs pijnlijk duidelijk is: moderne batterijen zijn niet geschikt voor dergelijk werk.

De LITHIUM-ION-TECHNOLOGIE die tegenwoordig de markt domineert en alles aandrijft, van je fitnessband tot de snelste Tesla Model S, heeft veel voordelen ten opzichte van oudere concepten zoals loodzuur- of nikkelmetaalhydridebatterijen. Maar het heeft ook enkele beperkingen en vooral een neiging tot veroudering.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

De meeste mensen zien batterijen als een soort buis waarin op de een of andere manier elektriciteit wordt 'gegoten'. In de praktijk slaan batterijen echter zelf geen elektriciteit op. Ze gebruiken het om bepaalde chemische reacties op gang te brengen. Dan kunnen ze de tegenovergestelde reactie starten en hun lading teruggeven.

Bij lithium-ion-accu's ziet de reactie met het vrijkomen van elektriciteit er als volgt uit: aan de anode in de accu worden lithium-ionen gevormd. Dit zijn lithiumatomen, die elk één elektron hebben verloren. De ionen bewegen door de vloeibare elektrolyt naar de kathode. En de vrijgekomen elektronen worden door een elektrisch circuit gestuurd en leveren de energie die we nodig hebben. Wanneer de batterij wordt ingeschakeld om op te laden, wordt het proces omgekeerd en worden de ionen samen met de verloren elektronen verzameld.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

"Groei" van lithiumverbindingen kan kortsluiting veroorzaken en de batterij doen ontbranden.

Helaas heeft de HOGE REACTIVITEIT die lithium zo geschikt maakt voor het maken van batterijen ECHTER een keerzijde: het neigt ertoe deel te nemen aan andere, ongewenste chemische reacties. Daarom vormt zich geleidelijk een dunne laag lithiumverbindingen op de anode, die de reacties verstoort. En dus neemt de batterijcapaciteit af. Hoe intenser het wordt opgeladen en ontladen, hoe dikker deze coating wordt. Soms kan het zelfs zogenaamde "dendrieten" vrijgeven - denk aan stalactieten van lithiumverbindingen - die zich uitstrekken van de anode tot de kathode en die, als ze die bereiken, kortsluiting kunnen veroorzaken en de batterij kunnen ontsteken.

Elke oplaad- en ontlaadcyclus verkort de levensduur van de lithium-ionbatterij. Maar het recent modieuze snelladen met een driefasige stroom versnelt het proces aanzienlijk. Voor smartphones is dit geen grote barrière voor fabrikanten, ze willen in ieder geval gebruikers dwingen om hun toestel om de twee tot drie jaar te vervangen, maar auto's zijn een probleem.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

Om consumenten te overtuigen elektrische voertuigen te kopen, moeten fabrikanten hen ook verleiden met snellaadmogelijkheden. Maar snelle stations als Ionity zijn niet geschikt voor alledaags gebruik.

DE KOSTEN VAN DE BATTERIJ ZIJN NOG EEN DERDE en zelfs meer dan de volledige prijs van de huidige elektrische auto. Om hun klanten ervan te overtuigen dat ze geen tikkende bom kopen, geven alle fabrikanten een aparte, langere batterijgarantie. Tegelijkertijd vertrouwen ze op sneller opladen om hun auto's aantrekkelijk te maken voor langeafstandsreizen. Tot voor kort werkten de snelste laadstations op 50 kilowatt. Maar de nieuwe Mercedes EQC kan worden opgeladen tot 110 kW, de Audi e-tron tot 150 kW, zoals aangeboden door Europese Ionity-laadstations, en Tesla bereidt zich voor om de lat nog hoger te leggen.

Deze fabrikanten geven openlijk toe dat conventioneel snelladen batterijen kapot maakt. Stations zoals Ionity zijn meer geschikt voor noodgevallen wanneer iemand van ver is gekomen en weinig tijd heeft. Anders is de slimme aanpak om uw batterij thuis langzaam op te laden.

Hoe geladen en ontladen het is, is ook belangrijk voor de levensduur. Daarom raden de meeste fabrikanten aan om niet meer dan 80% en minder dan 20% op te laden. Met deze aanpak verliest een lithium-ion batterij gemiddeld zo'n 2 procent van zijn capaciteit per jaar. Het kan dus 10 jaar duren, of tot ongeveer 200 km, voordat het vermogen voldoende daalt om het onbruikbaar te maken in een auto.

Waarom snel opladen de dood is voor batterijen

Ten slotte hangt de LEVENSDUUR VAN DE BATTERIJ natuurlijk af van de unieke chemische samenstelling. Elke fabrikant heeft een andere, en in veel gevallen is het zo nieuw dat niet eens bekend is hoe het in de loop van de tijd zal verouderen. Sommige fabrikanten beloven al een nieuwe generatie batterijen met een levensduur van "een miljoen mijl" (1.6 miljoen kilometer). Volgens Elon Musk werkt Tesla aan een ervan. Het Chinese bedrijf CATL, dat producten levert aan BMW en een half dozijn andere bedrijven, heeft beloofd dat zijn volgende batterij 16 jaar of 2 miljoen kilometer meegaat. Ook General Motors en het Koreaanse LG Chem ontwikkelen een soortgelijk project. Elk van deze bedrijven heeft zijn eigen technologische oplossingen die ze in de praktijk willen uitproberen. GM zal bijvoorbeeld innovatieve materialen gebruiken om te voorkomen dat vocht in batterijcellen binnendringt, een belangrijke oorzaak van lithiumaanslag op de kathode. CATL-technologie voegt aluminium toe aan de nikkel-kobalt-mangaan-anode. Dit vermindert niet alleen de behoefte aan kobalt, momenteel de duurste van deze grondstoffen, maar verlengt ook de levensduur van de batterij. Dat hopen Chinese ingenieurs tenminste. Potentiële klanten zijn blij te horen of het idee in de praktijk werkt.

Voeg een reactie