מדוע טעינה מהירה היא מוות של סוללות

הם רוצים להחליף את השמן, אך עדיין יש להם פגם אנושי שהיצרנים שותקים עליו.

תקופת הפחם כבר מזמן זכורה. גם עידן הנפט מתקרב לסיומו. בעשור השלישי של המאה XNUMX, אנו חיים בבירור בעידן הסוללות.

תפקידם תמיד היה משמעותי מאז שחשמל נכנס לחיי האדם. אך כעת שלוש מגמות הפכו לפתע אחסון אנרגיה לטכנולוגיה החשובה ביותר על פני כדור הארץ.

המגמה הראשונה היא הפריחה במכשירים ניידים - סמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים. פעם היינו צריכים סוללות לדברים כמו פנסים, מכשירי רדיו ניידים ומכשירים ניידים - כולם עם שימושים מוגבלים יחסית. כיום לכל אחד יש לפחות מכשיר סלולרי אישי אחד, שהוא משתמש בו כמעט כל הזמן ובלעדיו לא יעלה על הדעת חייו.

הטרנד השני הוא השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים והפער הפתאומי בין שיאי ייצור וצריכת החשמל. פעם זה היה קל: כשהבעלים מדליקים תנורים וטלוויזיות בערב, והצריכה עולה בחדות, מפעילי תחנות כוח תרמיות ותחנות כוח גרעיניות פשוט צריכים להגדיל את הכוח. אבל עם יצירת השמש והרוח, זה בלתי אפשרי: שיא הייצור מתרחש לרוב בתקופה שבה הצריכה היא ברמה הנמוכה ביותר. לכן, אנרגיה חייבת להיות מאוחסנת איכשהו. אופציה היא מה שמכונה "חברת המימן", שבה חשמל הופך למימן ואז מזין את הדלק לרשת ולרכבים חשמליים. אבל העלות הגבוהה במיוחד של התשתית הנחוצה והזיכרונות הרעים של האנושות ממימן (הינדנבורג ואחרים) משאירים את הרעיון הזה על השרפה האחורית לעת עתה.

מה שמכונה "רשתות חכמות" מסתכל במוחם של מחלקות השיווק: מכוניות חשמליות מקבלות עודף אנרגיה בייצור שיא, ואז, במידת הצורך, יכולות להחזיר אותה לרשת. עם זאת, סוללות מודרניות עדיין לא מוכנות לאתגר כזה.

תשובה אפשרית נוספת לבעיה זו מבטיחה מגמה שלישית: החלפת מנועי בעירה פנימית בכלי רכב חשמליים סוללתיים (BEV). אחד הטענות העיקריות לטובת כלי רכב חשמליים אלה הוא שהם יכולים להיות משתתפים פעילים ברשת ולקחת את העודפים על מנת להחזיר אותם בעת הצורך.

כל יצרנית EV, מטסלה ועד פולקסווגן, משתמשת ברעיון זה בחומרי יחסי הציבור שלהם. עם זאת, אף אחד מהם לא מכיר את מה שברור עד כאב למהנדסים: סוללות מודרניות אינן מתאימות לעבודה כזו.

הטכנולוגיה LITHIUM-ION השולטת בשוק כיום ומספקת את צמיד הכושר שלך לדגם S הטסלה המהיר ביותר יש יתרונות רבים על פני מושגים ישנים יותר כמו סוללות עופרת או סוללות ניקל מתכת. אבל יש לזה גם מגבלות ובעיקר נטייה להזדקנות ..

רוב האנשים חושבים על סוללות כמעין צינור אליו איכשהו "זורם" חשמל. אולם בפועל, סוללות אינן אוגרות חשמל לבד. הם משתמשים בו כדי לעורר תגובות כימיות מסוימות. אז הם יכולים להתחיל בתגובה הפוכה ולהשיב את מטעןם מחדש.

עבור סוללות ליתיום-יון, התגובה עם שחרור החשמל נראית כך: יוני ליתיום נוצרים באנודה שבסוללה. אלה אטומי ליתיום, שכל אחד מהם איבד אלקטרון אחד. היונים עוברים דרך האלקטרוליט הנוזלי לקתודה. והאלקטרונים המשוחררים מנותבים דרך מעגל חשמלי ומספקים את האנרגיה הדרושה לנו. כאשר הסוללה מופעלת לטעינה, התהליך מתהפך והיונים נאספים יחד עם האלקטרונים האבודים.

"צמיחת יתר" בתרכובות ליתיום עלולה לגרום לקצר חשמלי ולהצית את הסוללה.

למרבה הצער, עם זאת, ל-HIGH REACTIVITY שהופכת את הליתיום לכל כך מתאים לייצור סוללות יש חיסרון - הוא נוטה להשתתף בתגובות כימיות אחרות, לא רצויות. לכן, על האנודה נוצרת בהדרגה שכבה דקה של תרכובות ליתיום, מה שמפריע לתגובות. וכך קיבולת הסוללה יורדת. ככל שהוא נטען ופורק בצורה אינטנסיבית יותר, כך הציפוי הזה הופך לעבה יותר. לפעמים זה אפילו יכול לשחרר מה שנקרא "דנדריטים" - תחשוב על נטיפים של תרכובות ליתיום - המשתרעים מהאנודה לקתודה, ואם הם מגיעים אליה, עלולים לגרום לקצר ולהצית את הסוללה.

כל מחזור טעינה ופריקה מקצר את חיי סוללת הליתיום-יון. אבל הטעינה המהירה האופנתית לאחרונה עם זרם תלת פאזי מאיצה משמעותית את התהליך. עבור הסמארטפונים זה לא מחסום גדול עבור היצרנים, בכל מקרה, הם רוצים לאלץ את המשתמשים להחליף מכשירים כל שנתיים-שלוש, אבל מכוניות הן בעיה.

כדי לשכנע את הצרכנים לקנות רכבים חשמליים, על היצרנים לפתות אותם גם עם אפשרויות טעינה מהירה. אך תחנות מהירות כמו יונית אינן מתאימות לשימוש יומיומי.

עלות הסוללה היא עוד שליש ואף יותר מכל המחיר של המכונית החשמלית של היום. כדי לשכנע את הלקוחות שלהם שהם לא קונים פצצה מתקתקת, כל היצרנים מספקים אחריות סוללה נפרדת וארוכה יותר. יחד עם זאת, הם מסתמכים על טעינה מהירה יותר כדי להפוך את המכוניות שלהם לאטרקטיביות לנסיעות למרחקים ארוכים. עד לאחרונה פעלו עמדות הטעינה המהירות ביותר בהספק של 50 קילוואט. אבל את מרצדס EQC החדשה ניתן להטעין עד 110 קילוואט, את אאודי e-tron עד 150 קילוואט, כפי שמציעות תחנות הטעינה האירופיות של Ionity, וטסלה מתכוננת להעלות את הרף עוד יותר.

יצרנים אלה ממהרים להודות שטעינה מהירה תהרוס סוללות. תחנות כמו יוניה מתאימות יותר למקרי חירום כאשר האדם עבר דרך ארוכה ואין לו מעט זמן. אחרת, טעינה לאט של הסוללה בבית היא גישה חכמה.

עד כמה הוא טעון ומשוחרר חשוב גם לאורך חייו. לכן, רוב היצרנים אינם ממליצים לגבות תשלום מעל 80% או מתחת ל -20%. בגישה זו סוללת ליתיום-יון מאבדת בממוצע כ -2 אחוזים מהקיבולת שלה בשנה. כך, זה יכול להימשך 10 שנים, או עד כ- 200 ק"מ, לפני שהספק שלו יורד כל כך הרבה שהוא הופך להיות בלתי שמיש במכונית.

לבסוף, כמובן, חיי BATTERY תלויים בהרכב הכימי הייחודי שלה. הוא שונה עבור כל יצרן, ובמקרים רבים הוא כל כך חדש עד כי לא ידוע אפילו כיצד הוא ייישן עם הזמן. כמה יצרנים כבר מבטיחים דור חדש של סוללות עם אורך חיים של "מיליון קילומטרים" (1.6 מיליון קילומטרים). לדברי אילון מאסק, טסלה עובדת על אחד מהם. חברת CATL הסינית, המספקת מוצרים לב.מ.וו וחצי תריסר חברות אחרות, התחייבה כי הסוללה הבאה שלה תחזיק מעמד 16 שנים, או 2 מיליון קילומטרים. ג'נרל מוטורס ו- LG Chem של קוריאה מפתחים גם הם פרויקט דומה. לכל אחת מהחברות הללו יש פתרונות טכנולוגיים משלהם שהם רוצים לנסות בחיים האמיתיים. GM, למשל, תשתמש בחומרים חדשניים למניעת חדירת לחות לתאי הסוללה, שהיא הסיבה העיקרית להתרחבות ליתיום בקתודה. טכנולוגיית CATL מוסיפה אלומיניום לאנודה ניקל-קובלט-מנגן. זה לא רק מצמצם את הצורך בקובלט, שהוא כיום היקר ביותר מחומרי הגלם האלה, אלא גם מגדיל את חיי הסוללה. לפחות זה מה שהמהנדסים הסינים מקווים. לקוחות פוטנציאליים שמחים לדעת אם רעיון עובד בפועל.