Perchè a carica rapida hè a morte di e batterie

Volenu cambià l'oliu, ma anu sempre un difettu fatale chì i pruduttori stanu zitti.

L'Era di u Carbone hè stata ricurdata da longu tempu. L'epica di u petroliu ghjunghje ancu à a so fine. In a terza dicada di u seculu XNUMX, campemu chjaramente in l'era di e batterie.

U SUU RULE hè SEMPRE significativu dapoi chì l'elettricità hè entruta in a vita umana. Ma avà trè tendenze anu fattu di colpu u almacenamentu di l'energia a tecnulugia più impurtante di u pianeta.

A prima tendenza hè u boom in i dispositi mobili - smartphones, tablette, laptops. Avemu avutu bisognu di batterie per cose cum'è linterna, radiu mobili è apparecchi portatili - tutti cù un usu relativamente limitatu. Oghje, ognunu hà almenu un dispositivu mobile persunale, chì usa quasi constantemente è senza quale a so vita hè impensabile.

A SECUNDA TREND hè l'usu di e fonti d'energia rinnuvevuli è a discrepanza brusca trà i picchi di a pruduzzione è u cunsumu di l'electricità. Era faciuli: quandu i pruprietarii accendenu stufe è TV in a sera, è u cunsumu cresce bruscamente, l'operatori di e centrali termali è di e centrali nucleari anu da incrementà a putenza. Ma cù a generazione di u sole è u ventu, questu hè impussibile: u piccu di a pruduzzione più spessu si trova in un tempu quandu u cunsumu hè à u so livellu più bassu. Dunque, l'energia deve esse almacenata in qualchì modu. Una opzione hè a chjamata "società di l'idrogenu", in quale l'electricità hè cunvertita in l'idrogenu è poi alimenta u carburante à a reta è à i veiculi elettrici. Ma u costu straordinariamente altu di l'infrastruttura necessaria è i cattivi ricordi di l'umanità di l'idrogenu (Hindenburg è altri) lascianu stu cuncettu in u backburner per avà.

E cosiddette "reti intelligenti" guardanu in a mente di i dipartimenti di marketing: i veiculi elettrichi ricevenu l'energia in eccessu à a punta di produzione, è dopu, se ne necessariu, ponu rimette in rete. Tuttavia, e batterie moderne ùn sò ancu pronti per una tale sfida.

UN ALTRA RISPOSTA POSSIBILE à stu prublema prumette una terza tendenza: a sustituzione di i motori à combustione interna cù veiculi elettrichi à batteria (BEV). Unu di l'argumenti principali à favore di sti veiculi elettrichi hè chì ponu esse participanti attivi à a rete è piglià u surplus per pudè li restituisce quandu hè necessariu.

Ogni fabbricante di EV, da Tesla à Volkswagen, usa questa idea in i so materiali PR. Tuttavia, nessunu di elli ammette ciò chì hè dolorosamente chjaru per l'ingegneri: e batterie moderne ùn sò micca adatte per tale travagliu.

A TECNOLOGIA LITIO-IONU chì domina u mercatu oghje è furnisce da u vostru fitness tracker à u più veloce Tesla Model S hà assai vantaghji nantu à cuncetti più antichi cum'è l'acidu di piombu o batterie di idruru di nichel metallu. Ma hà ancu alcune limitazioni è, sopratuttu, una tendenza à l'invecchiamentu ..

A maiò parte di a ghjente pensa à e batterie cum'è una sorta di tubu in chì l'elettricità in qualchì modu "scorri". In pratica, però, e batterie ùn almacenanu micca elettricità da per elli. L'utilizanu per scatenà certe reazzione chimiche. Allora ponu inizià a reazione opposta è ripiglià a so carica.

Per e batterie à litiu-ionu, a reazione cù a liberazione di l'elettricità s'assumiglia à questu: i ioni di litiu sò furmati à l'anodu in a batteria. Si tratta di atomi di litiu, ognunu di i quali hà persu un elettrone. L'ioni si movenu attraversu l'elettrolitu liquidu à u catodu. È l'elettroni liberati sò canalizati attraversu un circuitu elettricu, dendu l'energia chì avemu bisognu. Quandu a batteria hè accesa per carica, u prucessu hè inversu è l'ioni sò raccolti cù l'elettroni persi.

"Overgrowth" cù cumposti di lithium pò causà un cortocircuitu è ​​accende a batteria.

Sfurtunatamente, però, l'ALTA REATTIVITÀ chì face u lithium cusì adattatu per fà e batterie hà un inconveniente - tende à participà à altre reazzioni chimichi indeserate. Per quessa, una capa fina di composti di lithium si forma gradualmente nantu à l'anodu, chì interferiscenu cù e reazzioni. È cusì a capacità di a bateria diminuisce. U più intensu hè caricatu è scaricatu, u più grossu stu revestimentu diventa. A volte pò ancu liberà i cosiddetti "dendriti" - pensate stalactites di cumposti di lithium - chì si estendenu da l'anodu à u catodu è, se ghjunghjenu, ponu causà un cortu circuitu è ​​ignite a bateria.

Ogni ciclu di carica è scaricamentu accurtà a vita di a bateria di lithium-ion. Ma a carica rapida di moda di recente cù una corrente trifase accelera significativamente u prucessu. Per i smartphones, questu ùn hè micca una grande barrera per i pruduttori, in ogni casu, volenu furzà l'utilizatori à cambià i so dispositi ogni dui à trè anni, ma i vitture sò un prublema.

Per cunvince i consumatori di cumprà veiculi elettrichi, i pruduttori devenu ancu invità li cù opzioni di ricarica rapida. Ma stazioni veloci cum'è Ionity ùn sò micca adatte per l'usu cutidianu.

U COSTU DI A BATTERIA hè un altru terzu è ancu più di u prezzu tutale di a vittura elettrica d'oghje. Per cunvince i so clienti chì ùn anu micca cumprà una bomba, tutti i fabricatori furniscenu una garanzia di bateria più longa è separata. À u listessu tempu, s'appoghjanu à una carica più veloce per fà e so vitture attraenti per i viaghji di longa distanza. Finu à pocu tempu, e stazioni di carica più veloci operavanu à 50 kilowatts. Ma u novu Mercedes EQC pò esse carricu finu à 110kW, l'Audi e-tron finu à 150kW, cum'è offertu da stazioni di ricarica Ionity europee, è Tesla si prepara à elevà a barra ancu più altu.

Questi fabbricanti sò prestu à ammette chì una ricarica rapida distruggerà e batterie. Stazioni cum'è Ionity sò più adatte per emergenze quandu una persona hà fattu un longu caminu è hà pocu tempu. Altrimenti, ricaricà pianu pianu a vostra batteria in casa hè un approcciu intelligente.

Quantu hè carcu è scaricatu hè ancu impurtante per a so vita. Dunque, a maiò parte di i pruduttori ùn cunsiglianu micca di ricaricà sopra à 80% o sottu à 20%. Cù questu approcciu, una batteria di ioni di litiu perde in media circa u 2 per centu di a so capacità à l'annu. Cusì, pò durà 10 anni, o finu à circa 200 km, prima chì a so putenza cali tantu chì diventa inutilizabile in una vittura.

Infine, benintesa, A VITA DELLA BATTERIA dipende da a so cumpusizione chimica unica. Hè diversu per ogni fabbricante, è in parechji casi hè cusì novu chì ùn si sà mancu cumu invechjarà cù u tempu. Parechji pruduttori prumettenu dighjà una nova generazione di batterie cù una vita di "un milione di miglia" (1.6 milioni di chilometri). Sicondu Elon Musk, Tesla travaglia nantu à unu di elli. A cumpagnia cinese CATL, chì furnisce prudutti à BMW è una mezza dozzina d'altre cumpagnie, hà prumessu chì a so prossima batteria durerà 16 anni, o 2 milioni di chilometri. General Motors è LG Chem di Corea anu sviluppatu ancu un prughjettu simili. Ciascuna di queste cumpagnie hà e so proprie soluzioni tecnologiche chì volenu pruvà in a vita vera. GM, per esempiu, utilizerà materiali innovatori per impedisce l'umidità di entrà in e cellule di a batteria, chì hè a causa principale di scaling di litiu nantu à u catodu. A tecnulugia CATL aghjusta l'aluminiu à l'anodu nickel-cobalt-manganese. Questu ùn solu reduce a necessità di cobalt, chì hè attualmente a più cara di queste materie prime, ma aumenta ancu a durata di a batteria. Almenu ciò chì speranu l'ingegneri cinesi. I clienti potenziali sò cuntenti di sapè se un'idea funziona in pratica.