Зошто брзото полнење е смрт на батериите

Тие сакаат да го сменат маслото, но сепак имаат фатален недостаток за кој производителите молчат.

Ерата на јагленот долго време се памети. Ерата на нафта исто така завршува. Во третата декада на XNUMX век, очигледно живееме во ерата на батериите.

НИВНАТА УЛОГА СЕКОГАШ е значајна откако електричната енергија влезе во човечкиот живот. Но, сега три трендови одеднаш го направија складирањето на енергија најважна технологија на планетата.

Првиот тренд е бумот на мобилните уреди - паметни телефони, таблети, лаптопи. Порано ни требаа батерии за работи како батериски ламби, мобилни радија и преносни уреди - сите со релативно ограничена употреба. Денес, секој има барем еден личен мобилен уред, кој го користи речиси постојано и без кој неговиот живот е незамислив.

ВТОРИОТ ТРЕНД е користењето на обновливите извори на енергија и ненадејното несовпаѓање помеѓу врвовите на производство и потрошувачка на електрична енергија. Некогаш беше лесно: кога сопствениците ги вклучуваат шпоретите и телевизорите навечер, а потрошувачката нагло расте, операторите на термоцентралите и нуклеарните централи едноставно мора да ја зголемат моќноста. Но, со генерирање на соларна енергија и ветер, тоа е невозможно: врвот на производството најчесто се случува во време кога потрошувачката е на најниско ниво. Затоа, енергијата мора некако да се складира. Опција е таканареченото „водородно општество“, во кое електричната енергија се претвора во водород, а потоа горивото се снабдува во мрежата и електричните возила. Но, извонредно високата цена на потребната инфраструктура и лошите сеќавања на човештвото за водородот (Хинденбург и други) засега го оставаат овој концепт на задниот дел.

Таканаречените „паметни мрежи“ изгледаат во умовите на одделите за маркетинг: електричните автомобили при врвно производство добиваат вишок енергија, а потоа, доколку е потребно, можат да го вратат на мрежата. Сепак, модерните батерии сè уште не се подготвени за таков предизвик.

УШТЕ МО thisНО ОДГОВОР на овој проблем ветува трет тренд: замена на моторите со внатрешно согорување со електрични возила со батерии (BEV). Еден од главните аргументи во корист на овие електрични возила е дека тие можат да бидат активни учесници во мрежата и да го земаат вишокот со цел да ги вратат кога е потребно.

Секој производител на ЕВ, од Тесла до Фолксваген, ја користи оваа идеја во своите ПР-материјали. Сепак, никој од нив не го препознава она што е болно јасно за инженерите: модерните батерии не се соодветни за таква работа.

ЛЕТИУМ-ЈОНСКАТА ТЕХНОЛОГИЈА што доминира на пазарот денес и обезбедува од вашата фитнес нараквица до најбрзата Tesla Model S има многу предности во однос на постарите концепти како батерии за оловна киселина или метал хидрид од никел. Но, тоа исто така има некои ограничувања и, пред сè, склоност кон стареење ..

Повеќето луѓе мислат на батериите како еден вид цевка во која некако „тече“ електрична енергија. Во пракса, сепак, батериите не складираат електрична енергија само по себе. Тие го користат за да предизвикаат одредени хемиски реакции. Тогаш тие можат да започнат со спротивна реакција и да си го повратат полнењето.

За литиум-јонските батерии, реакцијата со ослободување на електрична енергија изгледа вака: јони на литиум се формираат на анодата во батеријата. Тоа се атоми на литиум, од кои секој изгубил по еден електрон. Јони се движат низ течниот електролит до катодата. И ослободените електрони се канализираат преку електрично коло, обезбедувајќи ја потребната енергија. Кога батеријата е вклучена за полнење, процесот се враќа наназад и јони се собираат со изгубените електрони.

„Преголем раст“ со соединенија на литиум може да предизвика краток спој и да ја запали батеријата.

За жал, сепак, ВИСОКАТА РЕАКТИВНОСТ што го прави литиумот толку погоден за правење батерии има негативна страна - тој има тенденција да учествува во други, непожелни хемиски реакции. Затоа, на анодата постепено се формира тенок слој од соединенија на литиум, што ги попречува реакциите. И така капацитетот на батеријата се намалува. Колку поинтензивно се полни и испушта, толку оваа обвивка станува подебела. Понекогаш може дури и да ослободи таканаречени „дендрити“ - мислам сталактити од соединенија на литиум - кои се протегаат од анодата до катодата и, ако стигнат до неа, може да предизвикаат краток спој и да ја запалат батеријата.

Секој циклус на полнење и празнење го скратува животниот век на литиум-јонската батерија. Но, неодамна модерното брзо полнење со трифазна струја значително го забрзува процесот. За паметните телефони ова не е голема бариера за производителите, во секој случај, тие сакаат да ги принудат корисниците да ги менуваат своите уреди на секои две до три години.Но, автомобилите се проблем.

За да ги убедат потрошувачите да купат електрични возила, производителите исто така мора да ги примамат со опции за брзо полнење. Но, брзите станици како Ionity не се погодни за секојдневна употреба.

ТРОШОЦАТА НА БАТЕРИЈАТА Е УШТЕ ТРЕТИ, па дури и повеќе од целата цена на денешниот електричен автомобил. За да ги убедат своите клиенти дека не купуваат бомба, сите производители обезбедуваат посебна, подолга гаранција за батериите. Во исто време, тие се потпираат на побрзо полнење за да ги направат нивните автомобили привлечни за патување на долги растојанија. До неодамна станиците за најбрзо полнење работеа на 50 киловати. Но, новиот Mercedes EQC може да се полни до 110 kW, Audi e-tron до 150 kW, како што го нудат европските станици за полнење Ionity, а Tesla се подготвува да ја подигне рампата уште повисоко.

Овие производители бргу признаваат дека брзото полнење ќе ги уништи батериите. Станиците како јоните се посоодветни за итни случаи кога некое лице поминало долг пат и има малку време. Во спротивно, паметно е да ја полните батеријата бавно дома.

Колку е наполнет и испразнет, ​​исто така е важно за неговиот животен век. Затоа, повеќето производители не препорачуваат полнење над 80% и под 20%. Со овој пристап, литиум-јонска батерија губи во просек околу 2 проценти од својот капацитет годишно. Така, може да трае 10 години, или до околу 200 км, пред неговата моќ да падне толку многу што да стане неупотреблива во автомобил.

Конечно, се разбира, BИВОТОТ НА БАТЕРИЈА зависи од неговиот уникатен хемиски состав. За секој производител е различно, и во многу случаи е толку ново што не е ни познато како ќе старее со текот на времето. Неколку производители веќе ветуваат нова генерација батерии со живот од „милион милји“ (1.6 милиони километри). Според Илон Маск, Тесла работи на еден од нив. Кинеската компанија CATL, која доставува производи за BMW и уште десетина други компании, вети дека следната батерија ќе трае 16 години, односно 2 милиони километри. Generalенерал моторс и корејската LG Chem исто така развиваат сличен проект. Секоја од овие компании има свои технолошки решенија што тие сакаат да ги испробаат во реалниот живот. GM, на пример, ќе користи иновативни материјали за да спречи навлегување на влага во ќелиите на батеријата, што е главната причина за скалирање на литиум на катодата. Технологијата CATL додава алуминиум на анодата никел-кобалт-манган. Ова не само што ја намалува потребата за кобалт, кој во моментов е најскапиот од овие суровини, туку и го зголемува животниот век на батеријата. Барем така се надеваат кинеските инженери. Потенцијалните клиенти со задоволство знаат дали идејата функционира во пракса.