Неліктен жылдам зарядтау - бұл батареялардың өлімі

Олар майды ауыстырғысы келеді, бірақ оларда өндірушілер үндемейтін өлімге әкелетін кемшіліктер бар.

Көмір ғасыры ұзақ уақыттан бері есімізде. Мұнай дәуірі де аяқталып келеді. XNUMX ғасырдың үшінші онкүндігінде біз батареялар дәуірінде өмір сүріп жатқанымыз анық.

ОЛАРДЫҢ РОЛЫ ӘРҚашан электр энергиясының адам өміріне енуінен бастап маңызды болды. Қазір үш үрдіс кенеттен энергияны сақтауды планетадағы ең маңызды технологияға айналдырды.

Бірінші тенденция – мобильді құрылғылардың – смартфондардың, планшеттердің, ноутбуктердің өркендеуі.Бұрын бізге шамдар, мобильді радиоқабылдағыштар және портативті құрылғылар сияқты заттар үшін аккумулятор қажет болды – барлығы салыстырмалы түрде шектеулі қолданыста. Бүгінгі күні әркімнің кем дегенде бір жеке мобильді құрылғысы бар, ол оны үнемі дерлік пайдаланады және онсыз өмірін елестету мүмкін емес.

ЕКІНШІ ТРЕНД – жаңартылатын энергия көздерін пайдалану және электр энергиясын өндіру мен тұтынудың шыңдары арасындағы кенеттен сәйкессіздік. Бұрын бұл оңай болды: кешкі уақытта қожайындары пеш пен теледидарды қосып, тұтыну күрт өскенде, жылу электр станциялары мен атом электр станцияларының операторларына жай ғана қуатты арттыруға тура келеді. Бірақ күн мен желдің генерациясымен бұл мүмкін емес: өндірістің шыңы көбінесе тұтыну ең төменгі деңгейде болған кезде болады. Сондықтан энергияны қандай да бір жолмен сақтау керек. Опция - электр энергиясы сутегіге айналатын, содан кейін электр желілері мен электр көліктеріне отын беретін «сутегі қоғамы» деп аталады. Бірақ қажетті инфрақұрылымның ерекше жоғары құны және адамзаттың сутегі туралы жағымсыз естеліктері (Гинденбург және т.б.) бұл тұжырымдаманы әзірге артта қалдырады.

«Ақылды торлар» деп аталатындар маркетинг бөлімдерінің ойына қарайды: электромобильдер өндірістің ең жоғары деңгейінде артық энергияны алады, содан кейін қажет болған жағдайда оны желіге қайтара алады. Алайда, қазіргі заманғы батареялар мұндай қиындыққа әлі дайын емес.

Бұл мәселеге тағы бір жауап беру үшінші тенденцияны ұсынады: ішкі жану қозғалтқыштарын аккумуляторлық электромобильдерге ауыстыру (BEV). Бұл электромобильдердің пайдасына болатын негізгі аргументтердің бірі - олар электр желісінің белсенді қатысушылары бола алады және қажет болған жағдайда оларды қайтару үшін профицитті алады.

Тесладан бастап Фольксвагенге дейінгі барлық EV өндірушілер бұл идеяны PR материалдарында қолданады. Алайда, олардың ешқайсысы инженерлер үшін ауыр болатын нәрсені білмейді: қазіргі заманғы батареялар мұндай жұмысқа жарамсыз.

Бүгінде нарықта үстемдік ететін және сіздің фитнес білезігіңізді ең жылдам Tesla Model S-ге жеткізетін ЛИТИЙ-ИОНДЫ ТЕХНОЛОГИЯ қорғасын қышқылы немесе никель метал гидридті батареялар сияқты ескі ұғымдардан көптеген артықшылықтарға ие. Сонымен қатар, оның шектеулері және ең алдымен қартаю тенденциясы бар.

Көптеген адамдар аккумуляторларды электр қуаты қандай-да бір «ағып кететін» түтік ретінде қарастырады. Алайда іс жүзінде аккумуляторлар электр энергиясын өздігінен жинамайды. Олар оны белгілі бір химиялық реакцияларды қоздыру үшін пайдаланады. Сонда олар керісінше реакцияны бастап, зарядтарын қалпына келтіре алады.

Литий-ионды аккумуляторлар үшін электр қуатын босату реакциясы келесідей болады: литий иондары аккумулятордағы анодта түзіледі. Бұл литий атомдары, олардың әрқайсысы бір электрон жоғалтты. Иондар сұйық электролит арқылы катодқа өтеді. Ал босатылған электрондар электр тізбегі арқылы жіберіліп, бізге қажетті энергияны қамтамасыз етеді. Батареяны зарядтау үшін қосқан кезде процесс кері бағытқа ауысады және жоғалған электрондармен бірге иондар жиналады.

Литий қосылыстары бар «шамадан тыс өсу» қысқа тұйықталуды тудыруы және батареяны тұтандыруы мүмкін.

Өкінішке орай, литийді батареяларды жасауға соншалықты қолайлы ететін ЖОҒАРЫ РЕАКТИВТІЛІКТІ минусы бар - ол басқа жағымсыз химиялық реакцияларға қатысуға бейім. Сондықтан анодта бірте-бірте литий қосылыстарының жұқа қабаты пайда болады, бұл реакцияларға кедергі келтіреді. Осылайша батарея сыйымдылығы азаяды. Ол неғұрлым қарқынды зарядталып, разрядталса, бұл жабын соғұрлым қалың болады. Кейде ол тіпті анодтан катодқа дейін созылатын және егер олар оған жетсе, қысқа тұйықталуды тудыруы және батареяны тұтандыруы мүмкін литий қосылыстарының сталактиттерін ойлаңыз - деп аталатын «дендриттерді» босатуы мүмкін.

Зарядтау мен зарядсыздандырудың әрбір циклі литий-ионды батареяның қызмет ету мерзімін қысқартады. Бірақ жақында сәнді үш фазалы токпен жылдам зарядтау процесті айтарлықтай жылдамдатады. Смартфондар үшін бұл өндірушілер үшін үлкен кедергі емес, кез келген жағдайда олар пайдаланушыларды құрылғыларын екі-үш жыл сайын өзгертуге мәжбүрлемек.Бірақ автомобильдер проблема болып табылады.

Тұтынушыларды электромобильдерді сатып алуға сендіру үшін өндірушілер оларды жылдам зарядтау опцияларымен де баулуы керек. Бірақ Ionity сияқты жылдам станциялар күнделікті қолдануға жарамсыз.

АКЦИЯЛЫҚ ҚҰНЫ ТАҒЫ ҮШІНШІ, тіпті бүгінгі электромобильдің бүкіл бағасынан да жоғары. Тұтынушыларды бомбаны сатып алмайтындығына сендіру үшін барлық өндірушілер батареяға бөлек, ұзағырақ кепілдік береді. Сонымен қатар, олар көліктерін ұзақ қашықтыққа саяхаттауға тартымды ету үшін жылдам зарядтауға сүйенеді. Соңғы уақытқа дейін ең жылдам зарядтау станциялары 50 киловатт жұмыс істеді. Бірақ жаңа Mercedes EQC 110 кВт-қа дейін, Audi e-tron еуропалық Ionity зарядтау станциялары ұсынғандай 150 кВт-қа дейін зарядталады және Tesla жолақты одан да жоғары көтеруге дайындалуда.

Бұл өндірушілер тез зарядтау батареяларды бұзатындығын тез мойындайды. Ionity сияқты станциялар төтенше жағдайларға адам ұзақ жол жүріп, уақыт аз болған кезде қолайлы болады. Әйтпесе, батареяны үйде баяу зарядтау - бұл ақылды тәсіл.

Оның заряды мен зарядының қаншалықты маңызды екендігі оның өмір сүру уақыты үшін де маңызды. Сондықтан көптеген өндірушілер 80% -дан жоғары және 20% -дан төмен зарядтауды ұсынбайды. Мұндай тәсілмен литий-ионды аккумулятор жылына орта есеппен шамамен 2 пайыз қуатын жоғалтады. Осылайша, ол 10 жылға созылуы мүмкін немесе шамамен 200 000 км-ге дейін, оның қуаты төмендегенге дейін, ол автомобильде жарамсыз болып қалады.

Ақырында, әрине, BATTERY LIFE оның бірегей химиялық құрамына байланысты. Бұл әр өндіруші үшін әр түрлі, және көптеген жағдайларда ол соншалықты жаңа болғандықтан, уақыт өте келе оның қалай қартаятыны да белгісіз. Бірнеше өндірушілер қазірдің өзінде «миллион миль» (1.6 миллион шақырым) батареяның жаңа буынын уәде етеді. Илон Масктың айтуынша, Tesla олардың бірімен айналысады. BMW мен басқа да оншақты компанияға өнім жеткізетін қытайлық CATL компаниясы оның келесі аккумуляторы 16 жылға немесе 2 миллион шақырымға жететініне уәде берді. General Motors пен Кореяның LG Chem компаниялары да осындай жоба әзірлеп жатыр. Бұл компаниялардың әрқайсысының өздерінің технологиялық шешімдері бар, олар нақты өмірде сынап көргісі келеді. Мысалы, GM ылғалдың аккумуляторлық ұяшықтарға енуіне жол бермеу үшін инновациялық материалдарды қолданады, бұл катодта литий масштабының негізгі себебі. CATL технологиясы никель-кобальт-марганец анодына алюминий қосады. Бұл қазіргі уақытта осы шикізаттың ең қымбаты болып табылатын кобальтқа деген қажеттілікті азайтып қана қоймайды, сонымен қатар батареяның қызмет ету мерзімін ұзартады. Кем дегенде, қытайлық инженерлер осылай үміттенеді. Әлеуетті клиенттер идеяның іс жүзінде жұмыс істейтінін білуге ​​қуанышты.