Zašto je brzo punjenje smrt baterija
Žele promijeniti ulje, ali i dalje imaju fatalnu manu o kojoj proizvođači šute.
Doba ugljena dugo se pamti. Doba nafte također se bliži kraju. U trećem desetljeću XNUMX stoljeća očito živimo u eri baterija.
NJIHOVA JE ULOGA UVIJEK bila značajna otkad je električna energija ušla u ljudski život. Ali sada su tri trenda odjednom učinila skladištenje energije najvažnijom tehnologijom na planetu.
Prvi trend je procvat mobilnih uređaja - pametnih telefona, tableta, prijenosnih računala. Prije su nam trebale baterije za stvari kao što su svjetiljke, mobilni radio i prijenosni uređaji - sve s relativno ograničenom upotrebom. Danas svatko ima barem jedan osobni mobilni uređaj, koji gotovo neprestano koristi i bez kojeg mu je život nezamisliv.
DRUGI TREND je korištenje obnovljivih izvora energije i nagli nesklad između vrhova proizvodnje i potrošnje električne energije. Nekada je to bilo jednostavno: kad vlasnici navečer upale štednjake i televizore, a potrošnja naglo poraste, operateri termoelektrana i nuklearnih elektrana jednostavno moraju povećati snagu. No kod proizvodnje sunca i vjetra to je nemoguće: vrhunac proizvodnje najčešće se događa u vrijeme kada je potrošnja na najnižoj razini. Stoga se energija mora nekako skladištiti. Opcija je takozvano "vodikovo društvo", u kojem se električna energija pretvara u vodik, a zatim dovodi gorivo u mrežu i električna vozila. No, iznimno visoka cijena potrebne infrastrukture i loša sjećanja čovječanstva na vodik (Hindenburg i drugi) ostavljaju ovaj koncept za sada u pozadini.
Takozvane "pametne mreže" izgledaju u svijesti marketinških odjela: električni automobili primaju višak energije pri vrhuncu proizvodnje, a zatim je, ako je potrebno, mogu vratiti u mrežu. Međutim, moderne baterije još nisu spremne za takav izazov.
JOŠ JEDAN MOGUĆI ODGOVOR na ovaj problem obećava treći trend: zamjenu motora s unutarnjim izgaranjem motornim vozilima na akumulator (BEV). Jedan od glavnih argumenata u korist ovih električnih vozila je da oni mogu biti aktivni sudionici mreže i uzimati višak kako bi ih vratili po potrebi.
Svaki proizvođač EV-a, od Tesle do Volkswagena, koristi ovu ideju u svojim PR materijalima. Međutim, nitko od njih ne priznaje ono što je inženjerima bolno jasno: moderne baterije nisu prikladne za takav rad.
LITIJUM-IONSKA TEHNOLOGIJA koja danas dominira na tržištu i isporučuje od vaše narukvice za fitnes do najbržeg Tesla Model S ima mnoge prednosti u odnosu na starije koncepte poput baterija od olovne kiseline ili metal-nikl-hidrida. Ali ona također ima određena ograničenja i, prije svega, tendenciju prema starenju ..
Većina ljudi o baterijama misli kao o svojevrsnoj cijevi u koju se nekako "ulijeva" struja. Međutim, u praksi baterije ne pohranjuju električnu energiju same. Koriste ga za pokretanje određenih kemijskih reakcija. Tada mogu započeti suprotnu reakciju i vratiti naboj.
Za litij-ionske baterije reakcija s ispuštanjem električne energije izgleda ovako: litij-ioni nastaju na anodi u bateriji. To su atomi litija, od kojih je svaki izgubio jedan elektron. Ioni se kreću kroz tekući elektrolit do katode. A oslobođeni elektroni kanaliziraju se kroz električni krug, pružajući potrebnu energiju. Kada se baterija uključi za punjenje, proces je obrnut i ioni se skupljaju s izgubljenim elektronima.
"Prekomjerni rast" spojevima litija može prouzročiti kratki spoj i zapaliti bateriju.
Nažalost, MEĐUTIM, VISOKA REAKTIVNOST koja litij čini tako pogodnim za izradu baterija ima lošu stranu - sklon je sudjelovanju u drugim, nepoželjnim kemijskim reakcijama. Zbog toga se na anodi postupno stvara tanki sloj litijevih spojeva koji ometa reakcije. I tako se smanjuje kapacitet baterije. Što se intenzivnije puni i prazni, ovaj premaz postaje deblji. Ponekad čak može osloboditi takozvane "dendrite" - pomislite na stalaktite litijevih spojeva - koji se protežu od anode do katode i, ako dođu do nje, mogu izazvati kratki spoj i zapaliti bateriju.
Svaki ciklus punjenja i pražnjenja skraćuje vijek trajanja litij-ionske baterije. Ali nedavno moderno brzo punjenje trofaznom strujom značajno ubrzava proces. Za pametne telefone proizvođačima to nije velika prepreka, u svakom slučaju žele natjerati korisnike da svoje uređaje mijenjaju svake dvije do tri godine, ali automobili su problem.
Kako bi uvjerili potrošače da kupuju električna vozila, proizvođači ih moraju namamiti i mogućnostima brzog punjenja. Ali brze stanice poput Ionityja nisu prikladne za svakodnevnu upotrebu.
CIJENA BATERIJE JE JOŠ TREĆINA pa čak i više od cjelokupne cijene današnjeg električnog automobila. Kako bi uvjerili svoje kupce da ne kupuju bombu koja otkucava, svi proizvođači daju posebno, dulje jamstvo za baterije. Istodobno se oslanjaju na brže punjenje kako bi njihovi automobili bili privlačni za putovanja na velike udaljenosti. Donedavno su najbrže punionice radile na 50 kilovata. No, novi Mercedes EQC može se puniti do 110kW, Audi e-tron do 150kW, koliko nude europske Ionity punionice, a Tesla se sprema podići ljestvicu još više.
Ovi proizvođači brzo priznaju da će brzo punjenje uništiti baterije. Stanice poput Ionityja prikladnije su za hitne slučajeve kada je osoba prevalila dug put i ima malo vremena. Inače, polako punjenje baterije kod kuće pametan je pristup.
Koliko je napunjen i ispražnjen, također je važno za njegov životni vijek. Stoga većina proizvođača ne preporučuje punjenje iznad 80% ili ispod 20%. Ovim pristupom litij-ionska baterija godišnje u prosjeku izgubi oko 2 posto svog kapaciteta. Tako može trajati 10 godina, odnosno do oko 200 000 km, prije nego što mu snaga toliko padne da postane neupotrebljiv u automobilu.
Konačno, naravno, BATERIJSKI ŽIVOT ovisi o jedinstvenom kemijskom sastavu. Za svakog je proizvođača različit, a u mnogim je slučajevima toliko nov da se čak ne zna ni kako će s godinama ostariti. Nekoliko proizvođača već obećava novu generaciju baterija s vijekom trajanja od 1.6 milijun kilometara (16 milijuna kilometara). Prema riječima Elona Muska, Tesla radi na jednom od njih. Kineska tvrtka CATL, koja isporučuje proizvode BMW -u i još šest tvrtki, obećala je da će njezina sljedeća baterija trajati 2 godina, odnosno XNUMX milijuna kilometara. General Motors i korejski LG Chem također razvijaju sličan projekt. Svaka od ovih tvrtki ima svoja tehnološka rješenja koja žele isprobati u stvarnom životu. GM će, na primjer, koristiti inovativne materijale kako bi spriječio ulazak vlage u baterije, što je glavni uzrok stvaranja kamenca litija na katodi. CATL tehnologija dodaje aluminij anodi od nikal-kobalt-mangana. To ne samo da smanjuje potrebu za kobaltom, koji je trenutno najskuplja od ovih sirovina, već i povećava vijek trajanja baterije. Tako se barem nadaju kineski inženjeri. Potencijalni klijenti sa zadovoljstvom znaju funkcionira li ideja u praksi.
