Prečo je rýchle nabíjanie smrťou batérií
Chcú vymeniť olej, stále však majú fatálnu chybu, o ktorej výrobcovia mlčia.
Na uhoľný vek sa pamätalo už dávno. Končí sa aj éra ropy. V treťom desaťročí storočia XNUMX jednoznačne žijeme v ére batérií.
ICH ROLA bola VŽDY významná, odkedy elektrina vstúpila do ľudského života. Ale teraz tri trendy zrazu urobili zo skladovania energie najdôležitejšiu technológiu na planéte.
Prvým trendom je rozmach mobilných zariadení – smartfóny, tablety, notebooky Kedysi sme potrebovali batérie na veci ako baterky, mobilné rádiá a prenosné zariadenia – všetko s relatívne obmedzeným využitím. Dnes má každý aspoň jedno osobné mobilné zariadenie, ktoré používa takmer neustále a bez ktorého je jeho život nemysliteľný.
DRUHÝM TRENDOM je využívanie obnoviteľných zdrojov energie a náhly nesúlad medzi špičkami výroby a spotreby elektriny. Kedysi to bolo jednoduché: keď majitelia večer zapnú sporáky a televízory a spotreba prudko stúpne, prevádzkovatelia tepelných elektrární a jadrových elektrární jednoducho musia zvýšiť výkon. Ale pri výrobe slnečnej a veternej energie je to nemožné: vrchol výroby najčastejšie nastáva v čase, keď je spotreba na najnižšej úrovni. Preto treba energiu nejako skladovať. Jednou z možností je takzvaná „vodíková spoločnosť“, v ktorej sa elektrina premieňa na vodík a následne dodáva palivo do siete a elektrických vozidiel. Ale mimoriadne vysoké náklady na potrebnú infraštruktúru a zlé spomienky ľudstva na vodík (Hindenburg a iní) túto koncepciu zatiaľ nechávajú na úplnom stole.
Takzvané „inteligentné siete“ vyzerajú v povedomí marketingových oddelení: elektrické vozidlá prijímajú prebytočnú energiu pri špičkovej produkcii a potom ju môžu v prípade potreby vrátiť do siete. Moderné batérie však ešte nie sú pripravené na takúto výzvu.
ĎALŠIA MOŽNÁ ODPOVEĎ na tento problém sľubuje tretí trend: nahradenie spaľovacích motorov akumulátorovými elektrickými vozidlami (BEV). Jedným z hlavných argumentov v prospech týchto elektrických vozidiel je to, že môžu byť aktívnymi účastníkmi siete a prijímať prebytky, aby ich v prípade potreby vrátili.
Každý výrobca EV, od spoločnosti Tesla až po Volkswagen, používa túto myšlienku vo svojich PR materiáloch. Ani jeden z nich však nerozpoznáva, čo je inžinierom bolestne jasné: moderné batérie nie sú na takúto prácu vhodné.
TECHNOLÓGIA LITHIUM-ION, ktorá dnes dominuje na trhu a dodáva od vášho fitness náramku po najrýchlejšiu Teslu Model S, má oproti starším konceptom, ako sú olovené batérie alebo batérie typu nikel-metal hydrid, mnoho výhod. Má však aj určité obmedzenia a predovšetkým sklon k starnutiu.
Väčšina ľudí si o batériách myslí, že sú akousi trubicou, do ktorej akosi „prúdi“ elektrina. V praxi však batérie samy o sebe elektrinu neukladajú. Používajú ho na spustenie určitých chemických reakcií. Potom môžu začať opačnú reakciu a znovu nabiť náboj.
U lítium-iónových batérií vyzerá reakcia s uvoľnením elektriny takto: na anóde v batérii sa tvoria lítne ióny. Jedná sa o atómy lítia, z ktorých každý stratil jeden elektrón. Ióny sa pohybujú cez kvapalný elektrolyt ku katóde. Uvoľnené elektróny sú smerované cez elektrický obvod a poskytujú potrebnú energiu. Keď je batéria zapnutá na nabíjanie, proces je obrátený a ióny sa zhromažďujú spolu so stratenými elektrónmi.
„Premnoženie“ zlúčeninami lítia môže spôsobiť skrat a vznietenie batérie.
Nanešťastie, VYSOKÁ REAKTIVITA, vďaka ktorej je lítium také vhodné na výrobu batérií, má nevýhodu – má tendenciu podieľať sa na iných, nežiaducich chemických reakciách. Na anóde sa preto postupne vytvára tenká vrstva zlúčenín lítia, ktorá interferuje s reakciami. A tak kapacita batérie klesá. Čím intenzívnejšie sa nabíja a vybíja, tým je tento povlak hrubší. Niekedy môže dokonca uvoľniť takzvané "dendrity" - myslíme stalaktity zlúčenín lítia - ktoré siahajú od anódy ku katóde a ak ju dosiahnu, môžu spôsobiť skrat a zapáliť batériu.
Každý cyklus nabíjania a vybíjania skracuje životnosť lítium-iónovej batérie. Ale nedávno módne rýchle nabíjanie trojfázovým prúdom výrazne urýchľuje proces. Pre smartfóny to nie je pre výrobcov veľká prekážka, každopádne chcú prinútiť používateľov meniť svoje zariadenia každé dva až tri roky Problémom sú ale autá.
Na presvedčenie spotrebiteľov, aby si kúpili elektrické vozidlá, musia ich výrobcovia nalákať aj na možnosti rýchleho nabíjania. Ale rýchle stanice ako Ionity nie sú vhodné na každodenné použitie.
NÁKLADY NA BATÉRIU SÚ ĎALŠIE TRETINY a dokonca viac ako celá cena dnešného elektromobilu. Aby svojich zákazníkov presvedčili, že nekupujú tikajúcu bombu, všetci výrobcovia poskytujú samostatnú dlhšiu záruku na batériu. Zároveň sa spoliehajú na rýchlejšie nabíjanie, aby boli ich autá atraktívne pre cestovanie na dlhé vzdialenosti. Donedávna fungovali najrýchlejšie nabíjacie stanice s výkonom 50 kilowattov. No nový Mercedes EQC sa dá nabíjať až do 110 kW, Audi e-tron až 150 kW, ako to ponúkajú európske nabíjacie stanice Ionity, a Tesla sa chystá posunúť latku ešte vyššie.
Títo výrobcovia rýchlo pripúšťajú, že rýchle nabíjanie zničí batérie. Stanice ako Ionity sú vhodnejšie pre núdzové situácie, keď človek prešiel dlhou cestou a má málo času. V opačnom prípade je pozvoľné nabíjanie batérie doma chytrý prístup.
To, ako veľmi je nabité a vybité, je tiež dôležité pre jeho životnosť. Väčšina výrobcov preto neodporúča nabíjanie nad 80% a pod 20%. Týmto prístupom stráca lítium-iónová batéria v priemere asi 2 percentá svojej kapacity ročne. Môže teda trvať 10 rokov alebo až asi 200 000 km, kým jeho výkon poklesne natoľko, že sa stane v automobile nepoužiteľným.
Nakoniec, BATTERY LIFE samozrejme závisí od jeho jedinečného chemického zloženia. U každého výrobcu je iný a v mnohých prípadoch je taký nový, že sa ani nevie, ako časom starne. Niekoľko výrobcov už sľubuje novú generáciu batérií so životnosťou 1.6 milióna kilometrov. Podľa Elona Muska Tesla na jednom z nich pracuje. Čínska spoločnosť CATL, ktorá dodáva výrobky spoločnosti BMW a pol tuctu ďalších spoločností, sa zaviazala, že jej ďalšia batéria vydrží 16 rokov, teda 2 milióny kilometrov. Podobný projekt vyvíja aj General Motors a kórejský LG Chem. Každá z týchto spoločností má svoje vlastné technologické riešenia, ktoré si chcú vyskúšať v reálnom živote. Napríklad GM bude používať inovatívne materiály, aby sa zabránilo vnikaniu vlhkosti do batériových článkov, čo je hlavnou príčinou odlupovania lítia na katóde. Technológia CATL dodáva anóde nikel-kobalt-mangán hliník. Tým sa nielenže zníži potreba kobaltu, ktorý je v súčasnosti z týchto surovín najdrahší, ale tiež sa zvýši životnosť batérie. V to aspoň čínski inžinieri dúfajú. Potenciálnych klientov teší, že nápad funguje v praxi.
