Miért az akkumulátorok halála a gyorstöltés?

Cserélni akarják az olajat, de még mindig van olyan végzetes hibájuk, amelyről a gyártók hallgatnak.

A szénkorra már régóta emlékeznek. Az olaj korszaka is a végéhez közeledik. Az XNUMX század harmadik évtizedében egyértelműen az akkumulátorok korát éljük.

SZEREPÜK MINDIG jelentősek voltak, mióta az elektromosság bekerült az emberi életbe. De most három irányzat tette hirtelen az energiatárolást a bolygó legfontosabb technológiájává.

Az első trend a mobileszközök – okostelefonok, táblagépek, laptopok – fellendülése. Korábban olyan dolgokhoz volt szükségünk akkumulátorokra, mint például zseblámpák, mobilrádiók és hordozható eszközök – mindezt viszonylag korlátozott felhasználással. Ma már mindenkinek van legalább egy személyes mobileszköze, amit szinte folyamatosan használ, és amely nélkül elképzelhetetlen az élete.

A MÁSODIK TREND a megújuló energiaforrások felhasználása, valamint a villamosenergia-termelés és -fogyasztás csúcspontjai közötti hirtelen eltérés. Régen könnyű volt: amikor a tulajdonosok este bekapcsolják a kályhát, tévét, és a fogyasztás meredeken emelkedik, a hő- és atomerőművek üzemeltetőinek egyszerűen növelniük kell a teljesítményt. A nap- és szélenergia előállításával azonban ez lehetetlen: a termelés csúcspontja leggyakrabban akkor következik be, amikor a fogyasztás a legalacsonyabb szinten van. Ezért az energiát valahogy tárolni kell. Egy lehetőség az úgynevezett „hidrogéntársadalom”, amelyben az elektromosságot hidrogénné alakítják, majd az üzemanyagot a hálózatba és az elektromos járművekbe táplálják. De a szükséges infrastruktúra rendkívül magas költsége és az emberiség rossz emlékei a hidrogénről (Hindenburg és mások) egyelőre háttérbe szorítják ezt a koncepciót.

Az úgynevezett "intelligens hálózatok" a marketing részlegek fejében néznek ki: az elektromos autók a csúcstermeléskor felesleges energiát kapnak, majd szükség esetén visszaadhatják a hálózatra. A modern akkumulátorok azonban még nem állnak készen egy ilyen kihívásra.

A probléma egy másik lehetséges válasza egy harmadik trendet ígér: a belső égésű motorok cseréjét akkumulátoros elektromos járművekre (BEV). Az egyik fő érv ezen elektromos járművek mellett az, hogy aktív résztvevői lehetnek a hálózatnak, és szükség esetén visszaválthatják a többletet.

Minden EV gyártó, a Teslától a Volkswagenig, ezt az ötletet használja PR anyagaiban. Egyikük sem ismeri el azt, ami fájdalmasan világos a mérnökök számára: a modern akkumulátorok nem alkalmasak ilyen munkára.

A LITIUM-ION TECHNOLÓGIA, amely ma uralja a piacot, és amely az Ön fitnesz karkötőjétől a leggyorsabbig szállít, a Tesla Model S-nek számos előnye van a régebbi koncepciókkal szemben, mint például az ólom- vagy nikkel-fém-hidrid akkumulátorok. De van néhány korlátja és mindenekelőtt az öregedésre való hajlam.

A legtöbb ember úgy gondolja az elemeket, mint egyfajta csövet, amelybe az áram valamilyen módon "áramlik". A gyakorlatban azonban az akkumulátorok nem önmagukban tárolják az áramot. Bizonyos kémiai reakciók kiváltására használják. Ezután megkezdhetik az ellenkező reakciót és visszanyerhetik töltésüket.

Lítium-ion akkumulátorok esetében a reakció az áram felszabadulásával így néz ki: az elem anódjánál lítiumionok képződnek. Ezek lítiumatomok, amelyek mindegyike elveszített egy elektront. Az ionok a folyékony elektroliton át a katódig mozognak. A felszabadult elektronokat pedig egy elektromos áramkörön keresztül vezetik, biztosítva a szükséges energiát. Amikor az akkumulátort feltöltéskor bekapcsolják, a folyamat megfordul, és az ionokat az elveszett elektronokkal összegyűjtik.

A lítiumvegyületekkel történő "túlszaporodás" rövidzárlatot okozhat, és meggyulladhat az akkumulátor.

Sajnos azonban a NAGY REAKCIÓKÉPESSÉGnek, ami miatt a lítium alkalmas elemgyártásra, van egy árnyoldala is - hajlamos más, nemkívánatos kémiai reakciókban részt venni. Ezért az anódon fokozatosan vékony lítiumvegyületréteg képződik, amely megzavarja a reakciókat. Így az akkumulátor kapacitása csökken. Minél intenzívebben töltődik és kisül, annál vastagabb lesz ez a bevonat. Néha még úgynevezett „dendriteket” is felszabadíthat – gondoljunk csak a lítiumvegyületek cseppkőire –, amelyek az anódtól a katódig terjednek, és ha elérik azt, rövidzárlatot okozhatnak, és meggyújthatják az akkumulátort.

Minden töltési és kisütési ciklus lerövidíti a lítium-ion akkumulátor élettartamát. De a mostanában divatos gyorstöltés háromfázisú árammal jelentősen felgyorsítja a folyamatot. Az okostelefonoknál ez nem jelent nagy akadályt a gyártóknak, mindenesetre két-három évente készülékcserére akarják kényszeríteni a felhasználókat.De az autók gondot okoznak.

A fogyasztók meggyőzésére elektromos járművek vásárlására a gyártóknak gyors töltési lehetőségekkel is csábítaniuk kell őket. De az olyan gyors állomások, mint az Ionity, nem alkalmasak mindennapi használatra.

AZ AKKUMULÁTOR KÖLTSÉGE ÚJABB HARMADIK, sőt több, mint a mai elektromos autók teljes ára. Hogy meggyőzzék vásárlóikat arról, hogy nem ketyegő bombát vásárolnak, minden gyártó külön, hosszabb akkumulátorgaranciát vállal. Ugyanakkor a gyorsabb töltésre támaszkodnak, hogy vonzóvá tegyék autóikat a hosszú távú utazásokhoz. Egészen a közelmúltig a leggyorsabb töltőállomások 50 kilowatttal működtek. De az új Mercedes EQC 110 kW-ig, az Audi e-tron pedig 150 kW-ig tölthető, ahogy azt az európai Ionity töltőállomások kínálják, a Tesla pedig még magasabbra készül a lécet.

Ezek a gyártók hamar elismerik, hogy a gyors töltés tönkreteszi az elemeket. Az olyan állomások, mint az Ionity, alkalmasabbak vészhelyzetekre, amikor az ember hosszú utat tett meg és kevés ideje van. Egyébként az otthoni akkumulátor lassú feltöltése okos megközelítés.

Az élettartama szempontjából is fontos, hogy mennyire van feltöltve és kisütve. Ezért a legtöbb gyártó nem javasolja a 80% feletti vagy 20% alatti töltést. Ezzel a megközelítéssel a lítium-ion akkumulátor kapacitásának évente átlagosan körülbelül 2 százalékát veszíti el. Így 10 évig, vagy körülbelül 200 000 km-ig tarthat, mire teljesítménye annyira lecsökken, hogy használhatatlanná válik egy autóban.

Végül természetesen az AKKUMULÁTOR élettartama egyedülálló kémiai összetételétől függ. Minden gyártónál más, és sok esetben annyira új, hogy azt sem lehet tudni, hogyan fog idővel elöregedni. Több gyártó már az egymillió mérföldes (1.6 millió kilométeres) élettartamú akkumulátorok új generációját ígéri. Elon Musk szerint a Tesla az egyiken dolgozik. A kínai CATL cég, amely termékeket szállít a BMW -nek és fél tucat más cégnek, ígéretet tett arra, hogy következő akkumulátora 16 évig, azaz 2 millió kilométerig bírja. A General Motors és a koreai LG Chem szintén hasonló projektet fejleszt. Mindegyik vállalat rendelkezik saját technológiai megoldásokkal, amelyeket a való életben szeretne kipróbálni. A GM például innovatív anyagokat fog használni, hogy megakadályozza a nedvesség bejutását az akkumulátorcellákba, ami a katódon a lítium -pikkelyek fő oka. A CATL technológia alumíniumot ad a nikkel-kobalt-mangán anódhoz. Ez nemcsak csökkenti a kobalt igényét, amely jelenleg a legdrágább ezen alapanyagok között, hanem növeli az akkumulátor élettartamát is. Legalábbis ezt remélik a kínai mérnökök. A potenciális ügyfelek örömmel tudják, hogy egy ötlet működik -e a gyakorlatban.