چرا شارژ سریع باعث مرگ باتری ها می شود

آنها می خواهند روغن را عوض کنند ، اما هنوز یک نقص مهلک دارند که تولیدکنندگان در مورد آن سکوت می کنند.

دوران ذغال سنگ مدتهاست که به خاطر سپرده شده است. دوران نفت نیز در حال پایان است. در دهه سوم قرن XNUMX ، ما به وضوح در دوران باتری ها زندگی می کنیم.

نقش آنها از زمان ورود برق به زندگی بشر همیشه قابل توجه بوده است. اما اکنون سه روند ناگهانی ذخیره انرژی را به مهمترین فناوری روی کره زمین تبدیل کرده است.

اولین روند رونق در دستگاه های تلفن همراه است - تلفن های هوشمند، تبلت ها، لپ تاپ ها. ما قبلاً برای چیزهایی مانند چراغ قوه، رادیوهای موبایل و دستگاه های قابل حمل - همه با استفاده نسبتاً محدود به باتری نیاز داشتیم. امروزه هر کس حداقل یک دستگاه تلفن همراه شخصی دارد که تقریباً دائماً از آن استفاده می کند و بدون آن زندگی او غیرقابل تصور است.

روند دوم استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و اختلاف ناگهانی بین پیک تولید و مصرف برق است. قبلاً آسان بود: هنگامی که صاحبان اجاق گاز و تلویزیون را در عصر روشن می کنند و مصرف به شدت افزایش می یابد، اپراتورهای نیروگاه های حرارتی و نیروگاه های هسته ای به سادگی مجبور به افزایش قدرت می شوند. اما با تولید انرژی خورشیدی و بادی، این غیرممکن است: اوج تولید اغلب در زمانی اتفاق می‌افتد که مصرف در پایین‌ترین سطح خود قرار دارد. بنابراین انرژی باید به نحوی ذخیره شود. یک گزینه به اصطلاح "جامعه هیدروژنی" است که در آن الکتریسیته به هیدروژن تبدیل می شود و سپس سوخت را به شبکه و وسایل نقلیه الکتریکی می رساند. اما هزینه فوق‌العاده بالای زیرساخت‌های لازم و خاطرات بد بشر از هیدروژن (هیندنبورگ و دیگران) این مفهوم را فعلاً بر سر زبانها انداخته است.

به اصطلاح "شبکه های هوشمند" در ذهن ادارات بازاریابی به نظر می رسد: اتومبیل های برقی در اوج تولید انرژی اضافی دریافت می کنند و سپس در صورت لزوم می توانند آن را به شبکه بازگردانند. با این حال ، باتری های مدرن هنوز آماده چنین چالشی نیستند.

پاسخ احتمالی دیگر به این مشکل روند سوم را نوید می دهد: جایگزینی موتورهای احتراق داخلی با وسایل نقلیه الکتریکی باتری (BEV). یکی از بحث های اصلی در مورد این خودروهای الکتریکی این است که آنها می توانند در شبکه مشارکت فعال داشته باشند و مازاد را برای بازگرداندن آنها در صورت لزوم دریافت کنند.

هر سازنده EV ، از تسلا گرفته تا فولکس واگن ، از این ایده در مواد روابط عمومی خود استفاده می کند. با این حال ، هیچ یک از آنها چیزی را که برای مهندسان به طرز دردناکی روشن است تشخیص نمی دهند: باتری های مدرن برای چنین کاری مناسب نیستند.

LITHIUM-ION TECHNOLOGY که امروزه بر بازار تسلط دارد و از دستبند تناسب اندام شما به سریعترین تسلا مدل S ارائه می شود ، مزایای بسیاری نسبت به مفاهیم قدیمی مانند باتری های اسید سرب یا هیدرید فلز نیکل دارد. اما همچنین دارای برخی محدودیت ها و بیش از همه تمایل به پیری است.

بیشتر مردم باتری ها را نوعی لوله می دانند که به نوعی برق در آن جریان دارد. اما در عمل ، باتری ها به تنهایی برق را ذخیره نمی کنند. آنها از آن برای تحریک واکنشهای شیمیایی خاص استفاده می کنند. سپس آنها می توانند عکس العمل مخالف را شروع کرده و بار خود را بازیابند.

برای باتری های لیتیوم یون ، واکنش با آزاد شدن برق به این شکل است: یون های لیتیوم در آند باتری تشکیل می شوند. اینها اتم های لیتیوم هستند که هر کدام از آنها یک الکترون از دست داده اند. یونها از طریق الکترولیت مایع به سمت کاتد حرکت می کنند. و الکترونهای آزاد شده از طریق مدار الکتریکی هدایت می شوند و انرژی مورد نیاز ما را تأمین می کنند. وقتی باتری برای شارژ روشن می شود ، روند معکوس می شود و یون ها به همراه الکترون های از دست رفته جمع می شوند.

"رشد بیش از حد" با ترکیبات لیتیوم می تواند باعث اتصال کوتاه شود و باتری را مشتعل کند.

متأسفانه، با این حال، واکنش پذیری بالا که لیتیوم را برای ساخت باتری بسیار مناسب می کند، یک جنبه منفی دارد - تمایل به شرکت در سایر واکنش های شیمیایی نامطلوب دارد. بنابراین لایه نازکی از ترکیبات لیتیوم به تدریج روی آند ایجاد می شود که در واکنش ها اختلال ایجاد می کند. و بنابراین ظرفیت باتری کاهش می یابد. هر چه شدت شارژ و تخلیه آن بیشتر باشد، این پوشش ضخیم تر می شود. گاهی اوقات حتی می تواند به اصطلاح "دندریت" - استالاکتیت های ترکیبات لیتیوم - را آزاد کند که از آند به کاتد امتداد می یابد و در صورت رسیدن به آن، می تواند باعث اتصال کوتاه و مشتعل شدن باتری شود.

هر چرخه شارژ و دشارژ عمر باتری لیتیوم یونی را کاهش می دهد. اما شارژ سریع مد روز اخیر با جریان سه فاز به طور قابل توجهی روند را سرعت می بخشد. برای گوشی های هوشمند، این مانع بزرگی برای تولیدکنندگان نیست، در هر صورت، آنها می خواهند کاربران را مجبور کنند هر دو تا سه سال یکبار دستگاه خود را تعویض کنند.اما خودروها مشکل ساز هستند.

برای ترغیب مصرف کنندگان به خرید وسایل نقلیه الکتریکی ، تولیدکنندگان باید آنها را با گزینه های شارژ سریع فریب دهند. اما ایستگاه های سریعی مانند Ionity برای استفاده روزمره مناسب نیستند.

هزینه باتری یک سوم دیگر و حتی بیشتر از کل قیمت خودروی برقی امروزی است. برای متقاعد کردن مشتریان خود مبنی بر اینکه بمب تیک تیک نمی خرند، همه تولیدکنندگان ضمانت باتری جداگانه و طولانی تری ارائه می دهند. در عین حال، آنها به شارژ سریعتر متکی هستند تا اتومبیل خود را برای سفرهای طولانی جذاب کنند. تا همین اواخر، سریع ترین ایستگاه های شارژ با 50 کیلووات کار می کردند. اما مرسدس EQC جدید می‌تواند تا 110 کیلووات، آئودی e-tron تا 150 کیلووات شارژ شود، همانطور که توسط ایستگاه‌های شارژ اروپایی Ionity ارائه می‌شود، و تسلا در حال آماده شدن برای بالا بردن سطح بالاتر است.

این تولید کنندگان به سرعت اعتراف می کنند که شارژ سریع باعث از بین رفتن باتری ها می شود. ایستگاه هایی مانند Ionity بیشتر مناسب موارد اضطراری هستند که فرد مسیری طولانی را طی کرده و زمان کمی داشته باشد. در غیر این صورت ، شارژ کردن آهسته باتری در خانه یک رویکرد هوشمندانه است.

میزان شارژ و تخلیه آن نیز برای طول عمر مهم است. بنابراین ، بیشتر تولیدکنندگان توصیه نمی کنند که شارژ بالای 80٪ و زیر 20٪ را شارژ کنید. با استفاده از این روش ، یک باتری لیتیوم یون به طور متوسط ​​حدود 2 درصد ظرفیت خود را در سال از دست می دهد. بنابراین ، می تواند 10 سال یا حدود 200 کیلومتر طول بکشد ، تا اینکه قدرت آن چنان کاهش یابد که در اتومبیل غیرقابل استفاده شود.

در نهایت ، البته ، BATTERY LIFE به ترکیب شیمیایی منحصر به فرد آن بستگی دارد. این برای هر تولید کننده متفاوت است و در بسیاری از موارد آنقدر جدید است که حتی نمی دانیم چگونه با گذشت زمان پیر می شود. چندین تولید کننده در حال حاضر به نسل جدیدی از باتری ها با عمر "یک میلیون مایل" (1.6 میلیون کیلومتر) وعده داده اند. به گفته ایلان ماسک ، تسلا روی یکی از آنها کار می کند. شرکت چینی CATL ، که محصولات بی ام و و ده ها شرکت دیگر را عرضه می کند ، متعهد شده است که باتری بعدی آن 16 سال یا 2 میلیون کیلومتر دوام خواهد آورد. جنرال موتورز و LG Chem کره ای نیز در حال توسعه پروژه ای مشابه هستند. هر یک از این شرکت ها راه حل های فناوری خاص خود را دارند که می خواهند در زندگی واقعی آنها را امتحان کنند. به عنوان مثال جنرال موتورز از مواد ابتکاری برای جلوگیری از ورود رطوبت به سلول های باتری ، که عامل اصلی پوسته پوسته شدن لیتیوم در کاتد است ، استفاده خواهد کرد. فناوری CATL آلومینیوم را به آند نیکل-کبالت-منگنز اضافه می کند. این امر نه تنها نیاز به کبالت را که در حال حاضر گرانترین این مواد اولیه است کاهش می دهد ، بلکه باعث افزایش عمر باتری نیز می شود. حداقل این چیزی است که مهندسان چینی امیدوارند. مشتریان بالقوه خوشحال می شوند بدانند که آیا ایده ای در عمل جواب می دهد.