Hvorfor hurtiglading er døden for batterier
De ønsker å skifte olje, men de har fortsatt en dødelig feil som produsentene tier om.
Kullalderen har lenge vært husket. Tiden med olje nærmer seg også en slutt. I det tredje tiåret av XNUMX århundre lever vi tydeligvis i batteritiden.
ROLLEN deres har ALLTID vært betydelig siden elektrisitet kom inn i menneskelivet. Men nå har tre trender plutselig gjort energilagring til den viktigste teknologien på planeten.
Den første trenden er boomen innen mobile enheter – smarttelefoner, nettbrett, bærbare datamaskiner. Vi pleide å trenge batterier til ting som lommelykter, mobilradioer og bærbare enheter – alt med relativt begrenset bruk. I dag har alle minst én personlig mobilenhet, som han bruker nesten konstant og uten hvilken livet hans er utenkelig.
DEN ANDRE TRENDEN er bruken av fornybare energikilder og det plutselige avviket mellom toppene av elektrisitetsproduksjon og forbruk. Tidligere var det enkelt: Når eierne slår på komfyrer og TV-er om kvelden, og forbruket øker kraftig, må operatører av termiske kraftverk og atomkraftverk rett og slett øke strømmen. Men med generering av sol og vind er dette umulig: Toppen av produksjonen inntreffer oftest på et tidspunkt da forbruket er på sitt laveste nivå. Derfor må energi lagres på en eller annen måte. Et alternativ er det såkalte "hydrogensamfunnet", der elektrisitet omdannes til hydrogen og deretter mater drivstoffet til nettet og elektriske kjøretøyer. Men de ekstraordinært høye kostnadene ved nødvendig infrastruktur og menneskehetens dårlige minner om hydrogen (Hindenburg og andre) lar dette konseptet ligge på bakhodet for nå.
De såkalte "smarte rutenettene" ser i hodet på markedsføringsavdelingene: elektriske biler mottar overflødig energi ved toppproduksjon, og kan om nødvendig returnere den til nettet. Imidlertid er moderne batterier ennå ikke klare for en slik utfordring.
EN ANNEN MULIG SVAR på dette problemet lover en tredje trend: erstatning av forbrenningsmotorer med elektriske batterier (BEV). Et av hovedargumentene til fordel for disse elektriske kjøretøyene er at de kan være aktive deltakere i nettet og ta overskuddet for å returnere dem når det er nødvendig.
Hver bilprodusent, fra Tesla til Volkswagen, bruker denne ideen i sine PR-materialer. Imidlertid kjenner ingen av dem det som er smertelig klart for ingeniører: moderne batterier er ikke egnet for slikt arbeid.
LITIUM-ION-TEKNOLOGIEN som dominerer markedet i dag og leverer fra treningsarmbåndet ditt til den raskeste Tesla Model S har mange fordeler i forhold til eldre konsepter som blysyre eller nikkelmetallhydridbatterier. Men det har også noen begrensninger og fremfor alt en tendens til aldring.
De fleste tenker på batterier som et slags rør som elektrisitet på en eller annen måte "strømmer" til. I praksis lagrer imidlertid ikke batterier seg selv. De bruker den til å utløse visse kjemiske reaksjoner. Da kan de starte den motsatte reaksjonen og gjenvinne ladningen.
For litiumionbatterier ser reaksjonen med frigjøring av elektrisitet slik ut: litiumioner dannes ved anoden i batteriet. Dette er litiumatomer, som hver har mistet ett elektron. Ionene beveger seg gjennom den flytende elektrolytten til katoden. Og de frigjorte elektronene kanaliseres gjennom en elektrisk krets som gir den energien vi trenger. Når batteriet er slått på for lading, blir prosessen snudd og ionene samles sammen med de tapte elektronene.
"Overvekst" med litiumforbindelser kan forårsake kortslutning og antenne batteriet.
Dessverre har den HØY REAKTIVITETEN som gjør litium så egnet for å lage batterier en ulempe - det har en tendens til å delta i andre, uønskede kjemiske reaksjoner. Derfor dannes det gradvis et tynt lag med litiumforbindelser på anoden, som forstyrrer reaksjonene. Og dermed reduseres batterikapasiteten. Jo mer intenst det lades og tømmes, jo tykkere blir dette belegget. Noen ganger kan den til og med frigjøre såkalte "dendritter" - tenk stalaktitter av litiumforbindelser - som strekker seg fra anoden til katoden og, hvis de når den, kan forårsake kortslutning og antenne batteriet.
Hver lade- og utladingssyklus forkorter levetiden til litium-ion-batteriet. Men den nylig moteriktige hurtigladingen med en trefasestrøm fremskynder prosessen betydelig. For smarttelefoner er ikke dette en stor barriere for produsenter, uansett vil de tvinge brukerne til å bytte enheter hvert annet til tredje år.Men biler er et problem.
For å overbevise forbrukerne om å kjøpe elektriske biler, må produsentene også lokke dem med hurtigladealternativer. Men raske stasjoner som Ionity er ikke egnet til daglig bruk.
KOSTNADEN PÅ BATTERIET ER EN ANDEN TREDJEDEL og enda mer enn hele prisen på dagens elbil. For å overbevise kundene om at de ikke kjøper en tikkende bombe, gir alle produsenter en separat, lengre batterigaranti. Samtidig er de avhengige av raskere lading for å gjøre bilene attraktive for langdistansereiser. Inntil nylig opererte de raskeste ladestasjonene på 50 kilowatt. Men den nye Mercedes EQC kan lades opp til 110kW, Audi e-tron opp til 150kW, som tilbys av europeiske Ionity-ladestasjoner, og Tesla forbereder seg på å heve listen enda høyere.
Disse produsentene innrømmer raskt at hurtiglading vil ødelegge batterier. Stasjoner som Ionity er mer egnet for nødsituasjoner når personen har kommet langt og har liten tid. Ellers er det smart å lade batteriet hjemme.
Hvor ladet og utladet det er, er også viktig for dets levetid. Derfor anbefaler de fleste produsenter ikke lading over 80% og under 20%. Med denne tilnærmingen mister et litiumionbatteri i gjennomsnitt omtrent 2 prosent av kapasiteten per år. Dermed kan den vare i 10 år, eller opptil 200 km, før kraften faller så mye at den blir ubrukelig i en bil.
Til slutt, selvfølgelig, er BATTERILIVET avhengig av dens unike kjemiske sammensetning. Det er forskjellig for hver produsent, og i mange tilfeller er det så nytt at det ikke engang er kjent hvordan det vil eldes over tid. Flere produsenter lover allerede en ny generasjon batterier med en levetid på "en million miles" (1.6 millioner kilometer). Ifølge Elon Musk jobber Tesla med en av dem. Det kinesiske selskapet CATL, som leverer produkter til BMW og et halvt dusin andre selskaper, har lovet at det neste batteriet vil vare 16 år, eller 2 millioner kilometer. General Motors og Koreas LG Chem utvikler også et lignende prosjekt. Hvert av disse selskapene har sine egne teknologiløsninger som de vil prøve i det virkelige liv. GM, for eksempel, vil bruke innovative materialer for å hindre at fuktighet kommer inn i battericeller, en viktig årsak til litiumskalling på katoden. CATL-teknologien tilfører aluminium til nikkel-kobolt-mangananoden. Dette reduserer ikke bare behovet for kobolt, som for tiden er det dyreste av disse råvarene, men øker også batterilevetiden. Det er i hvert fall det de kinesiske ingeniørene håper. Potensielle kunder er glade for å vite om en idé fungerer i praksis.
