Zakaj je hitro polnjenje smrt baterij
Želeli bi zamenjati olje, a imajo še vedno usodno napako, o kateri proizvajalci molčijo.
Premogova doba se že dolgo spominja. Konča se tudi doba nafte. V tretjem desetletju XNUMX stoletja očitno živimo v dobi baterij.
NJIHOVA VLOGA je bila od nekdaj pomembna odkar je elektrika vstopila v človeško življenje. Zdaj pa so trije trendi nenadoma postavili shranjevanje energije za najpomembnejšo tehnologijo na planetu.
Prvi trend je razmah mobilnih naprav - pametnih telefonov, tablic, prenosnikov. Včasih smo potrebovali baterije za stvari, kot so svetilke, mobilni radii in prenosne naprave - vse z relativno omejeno uporabo. Danes ima vsakdo vsaj eno osebno mobilno napravo, ki jo skoraj nenehno uporablja in brez katere si življenja ni več mogoče predstavljati.
DRUGI TREND je uporaba obnovljivih virov energije in nenadno neskladje med konicami proizvodnje in porabe električne energije. Včasih je bilo enostavno: ko lastniki zvečer prižgejo štedilnike in televizorje, poraba pa močno naraste, morajo upravljavci termoelektrarn in jedrskih elektrarn preprosto povečati moč. Pri proizvodnji sonca in vetra pa je to nemogoče: vrhunec proizvodnje se največkrat zgodi v času, ko je poraba na najnižji ravni. Zato je treba energijo nekako shraniti. Možnost je tako imenovana "vodikova družba", v kateri se električna energija pretvori v vodik in nato dovaja gorivo v omrežje in električna vozila. Toda izjemno visoki stroški potrebne infrastrukture in slabi spomini človeštva na vodik (Hindenburg in drugi) ta koncept zaenkrat puščajo v ozadju.
Tako imenovana "pametna omrežja" se glasijo v glavah marketinških oddelkov: električni avtomobili prejmejo odvečno energijo ob največji proizvodnji in jo po potrebi lahko vrnejo v omrežje. Vendar sodobne baterije še niso pripravljene na takšen izziv.
Še MOŽEN ODGOVOR na to težavo obljublja tretji trend: zamenjavo motorjev z notranjim zgorevanjem z baterijskimi vozili (BEV). Eden glavnih argumentov v prid tem električnim vozilom je, da so lahko aktivni udeleženci omrežja in prevzamejo presežek, da jih po potrebi vrnejo.
Vsak proizvajalec EV, od Tesle do Volkswagna, to idejo uporablja v svojih PR materialih. Nihče od njih pa ne prepozna tistega, kar je inženirjem boleče jasno: sodobne baterije niso primerne za takšna dela.
LITIJ-IONSKA TEHNOLOGIJA, ki danes prevladuje na trgu in ponuja od vaše fitnes zapestnice do najhitrejšega modela Tesla Model S, ima številne prednosti v primerjavi s starejšimi koncepti, kot so svinčene kisline ali nikelj-hidridne baterije. Ima pa tudi nekatere omejitve in predvsem težnjo k staranju.
Večina ljudi misli na baterije kot na nekakšno cev, v katero nekako "teče" elektrika. V praksi pa baterije ne shranjujejo električne energije same. Uporabljajo ga za sprožitev določenih kemičnih reakcij. Potem lahko začnejo nasprotno reakcijo in si povrnejo naboj.
Pri litij-ionskih baterijah je reakcija s sproščanjem električne energije videti tako: litijevi ioni nastanejo na anodi v bateriji. To so litijevi atomi, od katerih je vsak izgubil en elektron. Ioni se skozi tekoči elektrolit premaknejo na katodo. Sproščeni elektroni so usmerjeni skozi električni tokokrog in zagotavljajo energijo, ki jo potrebujemo. Ko je baterija vklopljena za polnjenje, se postopek obrne in ioni se zbirajo z izgubljenimi elektroni.
"Prekomerna rast" z litijevimi spojinami lahko povzroči kratek stik in vžge baterijo.
VENDAR pa ima VISOKA REAKTIVNOST, zaradi katere je litij tako primeren za izdelavo baterij, slabo stran - rad sodeluje v drugih, nezaželenih kemičnih reakcijah. Zato se na anodi postopoma tvori tanka plast litijevih spojin, ki moti reakcije. In tako se zmanjša zmogljivost baterije. Intenzivneje kot se polni in prazni, debelejša postaja ta prevleka. Včasih lahko celo sprosti tako imenovane "dendrite" - pomislite na kapnike litijevih spojin -, ki segajo od anode do katode in, če jo dosežejo, lahko povzročijo kratek stik in vnamejo baterijo.
Vsak cikel polnjenja in praznjenja skrajša življenjsko dobo litij-ionske baterije. Toda nedavno modno hitro polnjenje s trifaznim tokom bistveno pospeši postopek. Pri pametnih telefonih to za proizvajalce ni velika ovira, v vsakem primeru želijo uporabnike prisiliti v menjavo naprav vsaki dve do tri leta, vendar so avtomobili problem.
Da bi prepričali potrošnike, da kupujejo električna vozila, jih morajo proizvajalci privabiti tudi s hitrim polnjenjem. Toda hitre postaje, kot je Ionity, niso primerne za vsakodnevno uporabo.
STROŠEK BATERIJE ZNAŠA ŠE TRETINO in celo več od celotne cene današnjega električnega avtomobila. Da bi prepričali svoje stranke, da ne kupujejo tiktakajoče bombe, vsi proizvajalci zagotavljajo ločeno, daljšo garancijo za baterije. Hkrati se zanašajo na hitrejše polnjenje, da bodo njihovi avtomobili privlačni za potovanja na dolge razdalje. Do nedavnega so najhitrejše polnilnice delovale s 50 kilovati. Toda novi Mercedes EQC je mogoče polniti do 110 kW, Audi e-tron do 150 kW, kot ponujajo evropske polnilne postaje Ionity, Tesla pa se pripravlja letvico dvigniti še višje.
Ti proizvajalci hitro priznajo, da bo hitro polnjenje uničilo baterije. Postaje, kot je Ionity, so primernejše za nujne primere, ko je človek daleč in ima malo časa. V nasprotnem primeru je počasno polnjenje baterije doma pameten pristop.
Kako napolnjen in praznjen je tudi pomembno za njegovo življenjsko dobo. Zato večina proizvajalcev ne priporoča polnjenja nad 80% ali pod 20%. S tem pristopom litij-ionska baterija v povprečju letno izgubi približno 2 odstotka svoje zmogljivosti. Tako lahko traja 10 let oziroma do približno 200 km, preden njegova moč tako pade, da v avtomobilu postane neuporaben.
Končno je seveda BATERIJSKO ŽIVLJENJE odvisno od njegove edinstvene kemične sestave. Za vsakega proizvajalca je drugačen in v mnogih primerih je tako nov, da sploh ni znano, kako se bo sčasoma staral. Več proizvajalcev že obljublja novo generacijo baterij z življenjsko dobo »1.6 milijon kilometrov«. Po besedah Elona Muska Tesla dela na enem izmed njih. Kitajsko podjetje CATL, ki dobavlja izdelke BMW -ju in pol ducata drugih podjetij, se je zavezalo, da bo njegova naslednja baterija zdržala 16 let oziroma 2 milijona kilometrov. Podoben projekt razvijata tudi General Motors in korejski LG Chem. Vsako od teh podjetij ima svoje tehnološke rešitve, ki jih želi preizkusiti v resničnem življenju. GM bo na primer uporabil inovativne materiale, da prepreči vdor vlage v baterije, kar je glavni vzrok za nastanek litijevega luščenja na katodi. Tehnologija CATL dodaja aluminij anodi nikelj-kobalt-mangan. To ne le zmanjšuje potrebo po kobaltu, ki je trenutno najdražja od teh surovin, ampak tudi podaljšuje življenjsko dobo baterije. Vsaj tako upajo kitajski inženirji. Potencialne stranke z veseljem ugotovijo, ali ideja deluje v praksi.
