Γιατί η γρήγορη φόρτιση είναι ο θάνατος των μπαταριών
Θέλουν να αλλάξουν το λάδι, αλλά εξακολουθούν να έχουν ένα μοιραίο ελάττωμα για το οποίο οι κατασκευαστές σιωπούν.
Η εποχή του άνθρακα θυμόταν από καιρό. Η εποχή του λαδιού πλησιάζει επίσης στο τέλος της. Στην τρίτη δεκαετία του XNUMX αιώνα, ζούμε σαφώς στην εποχή των μπαταριών.
Ο ρόλος τους ήταν ΠΑΝΤΑ σημαντικός από τότε που η ηλεκτρική ενέργεια εισήλθε στην ανθρώπινη ζωή. Αλλά τώρα τρεις τάσεις έχουν καταστήσει ξαφνικά την αποθήκευση ενέργειας την πιο σημαντική τεχνολογία στον πλανήτη.
Η πρώτη τάση είναι η έκρηξη στις κινητές συσκευές - smartphone, tablet, φορητοί υπολογιστές. Χρειαζόμασταν μπαταρίες για πράγματα όπως φακούς, κινητά ραδιόφωνα και φορητές συσκευές - όλα με σχετικά περιορισμένη χρήση. Σήμερα, ο καθένας έχει τουλάχιστον μια προσωπική κινητή συσκευή, την οποία χρησιμοποιεί σχεδόν συνεχώς και χωρίς την οποία η ζωή του είναι αδιανόητη.
Η ΔΕΥΤΕΡΗ ΤΑΣΗ είναι η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η ξαφνική απόκλιση μεταξύ των κορυφών παραγωγής και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Κάποτε ήταν εύκολο: όταν οι ιδιοκτήτες ανάβουν σόμπες και τηλεοράσεις το βράδυ και η κατανάλωση αυξάνεται απότομα, οι χειριστές θερμικών σταθμών και πυρηνικών σταθμών πρέπει απλώς να αυξήσουν την ισχύ. Αλλά με την παραγωγή ηλιακής και αιολικής ενέργειας, αυτό είναι αδύνατο: η αιχμή της παραγωγής συμβαίνει συχνότερα σε μια εποχή που η κατανάλωση βρίσκεται στο χαμηλότερο επίπεδο. Επομένως, η ενέργεια πρέπει να αποθηκεύεται με κάποιο τρόπο. Μια επιλογή είναι η λεγόμενη «κοινωνία υδρογόνου», στην οποία η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε υδρογόνο και στη συνέχεια τροφοδοτεί το καύσιμο στο δίκτυο και τα ηλεκτρικά οχήματα. Αλλά το εξαιρετικά υψηλό κόστος της απαραίτητης υποδομής και οι κακές αναμνήσεις της ανθρωπότητας από το υδρογόνο (Χίντεμπουργκ και άλλοι) αφήνουν αυτήν την ιδέα στο πίσω μέρος προς το παρόν.
Τα λεγόμενα «έξυπνα πλέγματα» φαίνονται στο μυαλό των τμημάτων μάρκετινγκ: τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα λαμβάνουν υπερβολική ενέργεια στην παραγωγή αιχμής και, στη συνέχεια, εάν είναι απαραίτητο, μπορούν να την επιστρέψουν στο δίκτυο. Ωστόσο, οι σύγχρονες μπαταρίες δεν είναι ακόμη έτοιμες για μια τέτοια πρόκληση.
ΑΛΛΗ ΠΙΘΑΝΗ ΑΠΑΝΤΗΣΗ σε αυτό το πρόβλημα υπόσχεται μια τρίτη τάση: την αντικατάσταση κινητήρων εσωτερικής καύσης με ηλεκτρικά οχήματα μπαταρίας (BEV). Ένα από τα κύρια επιχειρήματα υπέρ αυτών των ηλεκτρικών οχημάτων είναι ότι μπορούν να συμμετέχουν ενεργά στο δίκτυο και να λαμβάνουν το πλεόνασμα για να τα επιστρέψουν όταν χρειαστεί.
Κάθε κατασκευαστής EV, από την Tesla έως τη Volkswagen, χρησιμοποιεί αυτήν την ιδέα στα υλικά PR. Ωστόσο, κανένας από αυτούς δεν αναγνωρίζει τι είναι οδυνηρά σαφές στους μηχανικούς: οι σύγχρονες μπαταρίες δεν είναι κατάλληλες για τέτοια εργασία.
Η LITHIUM-ION TECHNOLOGY που κυριαρχεί στην αγορά σήμερα και παραδίδει από τον ιχνηλάτη σας στο γρηγορότερο Tesla Model S έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με παλαιότερες έννοιες όπως οι μπαταρίες μολύβδου οξέος ή νικελίου μετάλλου υδριδίου. Αλλά έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς και, πάνω απ 'όλα, μια τάση γήρανσης ..
Οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται τις μπαταρίες ως ένα είδος σωλήνα στον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια "ρέει". Στην πράξη, ωστόσο, οι μπαταρίες δεν αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια από μόνες τους. Το χρησιμοποιούν για να προκαλέσουν ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Στη συνέχεια, μπορούν να ξεκινήσουν την αντίθετη αντίδραση και να επανακτήσουν το φορτίο τους.
Για μπαταρίες ιόντων λιθίου, η αντίδραση με την απελευθέρωση ηλεκτρικής ενέργειας μοιάζει με αυτήν: τα ιόντα λιθίου σχηματίζονται στην άνοδο της μπαταρίας. Αυτά είναι άτομα λιθίου, καθένα από τα οποία έχει χάσει ένα ηλεκτρόνιο. Τα ιόντα κινούνται μέσω του υγρού ηλεκτρολύτη στην κάθοδο. Και τα απελευθερούμενα ηλεκτρόνια διοχετεύονται μέσω ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, παρέχοντας την ενέργεια που χρειαζόμαστε. Όταν η μπαταρία είναι ενεργοποιημένη για φόρτιση, η διαδικασία αντιστρέφεται και τα ιόντα συλλέγονται με τα χαμένα ηλεκτρόνια.
Η "υπερανάπτυξη" με ενώσεις λιθίου μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα και να αναφλεγεί η μπαταρία.
Δυστυχώς, ωστόσο, η ΥΨΗΛΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ που κάνει το λίθιο τόσο κατάλληλο για την κατασκευή μπαταριών έχει ένα μειονέκτημα - τείνει να συμμετέχει σε άλλες, ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις. Ως εκ τούτου, ένα λεπτό στρώμα ενώσεων λιθίου σχηματίζεται σταδιακά στην άνοδο, το οποίο παρεμβαίνει στις αντιδράσεις. Και έτσι η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται. Όσο πιο έντονα φορτίζεται και εκφορτίζεται, τόσο πιο παχιά γίνεται αυτή η επίστρωση. Μερικές φορές μπορεί ακόμη και να απελευθερώσει τους λεγόμενους «δενδρίτες» - σκεφτείτε σταλακτίτες ενώσεων λιθίου - που εκτείνονται από την άνοδο μέχρι την κάθοδο και, εάν φτάσουν σε αυτήν, μπορεί να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα και να ανάψουν την μπαταρία.
Κάθε κύκλος φόρτισης και εκφόρτισης μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Αλλά η πρόσφατα μοντέρνα γρήγορη φόρτιση με τριφασικό ρεύμα επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία. Για τα smartphone, αυτό δεν είναι μεγάλο εμπόδιο για τους κατασκευαστές, σε κάθε περίπτωση, θέλουν να αναγκάσουν τους χρήστες να αλλάζουν τις συσκευές τους κάθε δύο με τρία χρόνια.Αλλά τα αυτοκίνητα είναι ένα πρόβλημα.
Για να πείσουν τους καταναλωτές να αγοράσουν ηλεκτρικά οχήματα, οι κατασκευαστές πρέπει επίσης να τους δελεάσουν με επιλογές γρήγορης φόρτισης. Αλλά γρήγοροι σταθμοί όπως το Ionity δεν είναι κατάλληλοι για καθημερινή χρήση.
ΤΟ ΚΟΣΤΟΣ ΤΗΣ ΜΠΑΤΑΡΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΑΛΛΟ ΕΝΑ ΤΡΙΤΟ και μάλιστα μεγαλύτερο από το σύνολο της τιμής του σημερινού ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Για να πείσουν τους πελάτες τους ότι δεν αγοράζουν μια βόμβα, όλοι οι κατασκευαστές παρέχουν μια ξεχωριστή, μεγαλύτερη εγγύηση μπαταρίας. Ταυτόχρονα, βασίζονται στην ταχύτερη φόρτιση για να κάνουν τα αυτοκίνητά τους ελκυστικά για ταξίδια μεγάλων αποστάσεων. Μέχρι πρόσφατα, οι ταχύτεροι σταθμοί φόρτισης λειτουργούσαν στα 50 κιλοβάτ. Αλλά η νέα Mercedes EQC μπορεί να φορτιστεί έως και 110 kW, το Audi e-tron έως 150 kW, όπως προσφέρουν οι σταθμοί φόρτισης της Ευρώπης Ionity, και η Tesla ετοιμάζεται να ανεβάσει τον πήχη ακόμα πιο ψηλά.
Αυτοί οι κατασκευαστές παραδέχονται γρήγορα ότι η γρήγορη φόρτιση θα καταστρέψει τις μπαταρίες. Σταθμοί όπως το Ionity είναι πιο κατάλληλοι για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όταν ένα άτομο έχει διανύσει πολύ δρόμο και έχει λίγο χρόνο. Διαφορετικά, η αργή φόρτιση της μπαταρίας σας στο σπίτι είναι μια έξυπνη προσέγγιση.
Το πόσο φορτίζεται και αποφορτίζεται είναι επίσης σημαντικό για τη διάρκεια ζωής του. Επομένως, οι περισσότεροι κατασκευαστές δεν συνιστούν φόρτιση άνω του 80% ή κάτω του 20%. Με αυτήν την προσέγγιση, μια μπαταρία ιόντων λιθίου χάνει κατά μέσο όρο περίπου το 2% της χωρητικότητάς της ανά έτος. Έτσι, μπορεί να διαρκέσει 10 χρόνια, ή έως και 200 χλμ., Πριν η ισχύς του πέσει τόσο πολύ ώστε να μην μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα αυτοκίνητο.
Τέλος, φυσικά, το BATTERY LIFE εξαρτάται από τη μοναδική χημική του σύνθεση. Είναι διαφορετικό για κάθε κατασκευαστή και σε πολλές περιπτώσεις είναι τόσο νέο που δεν είναι καν γνωστό πώς θα γερνά με την πάροδο του χρόνου. Αρκετοί κατασκευαστές ήδη υπόσχονται μια νέα γενιά μπαταριών με διάρκεια ζωής "ένα εκατομμύριο μίλια" (1.6 εκατομμύρια χιλιόμετρα). Σύμφωνα με τον Elon Musk, ο Tesla εργάζεται σε ένα από αυτά. Η κινεζική εταιρεία CATL, η οποία προμηθεύει προϊόντα στη BMW και άλλες δώδεκα εταιρείες, έχει δεσμευτεί ότι η επόμενη μπαταρία της θα διαρκέσει 16 χρόνια, ή 2 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Η General Motors και η κορεατική LG Chem αναπτύσσουν επίσης ένα παρόμοιο έργο. Κάθε μία από αυτές τις εταιρείες έχει τις δικές της τεχνολογικές λύσεις που θέλει να δοκιμάσει στην πραγματική ζωή. Η GM, για παράδειγμα, θα χρησιμοποιήσει καινοτόμα υλικά για να αποτρέψει την υγρασία να εισέλθει στις κυψέλες των μπαταριών, η οποία είναι η κύρια αιτία της κλιμάκωσης λιθίου στην κάθοδο. Η τεχνολογία CATL προσθέτει αλουμίνιο στην άνοδο νικελίου-κοβαλτίου-μαγγανίου. Αυτό όχι μόνο μειώνει την ανάγκη για κοβάλτιο, το οποίο είναι σήμερα το πιο ακριβό από αυτές τις πρώτες ύλες, αλλά επίσης αυξάνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Αυτό τουλάχιστον ελπίζουν οι Κινέζοι μηχανικοί. Οι δυνητικοί πελάτες είναι στην ευχάριστη θέση να γνωρίζουν εάν μια ιδέα λειτουργεί στην πράξη.
