Tại sao sạc nhanh là cái chết của pin

Họ muốn thay dầu, nhưng họ vẫn có một lỗ hổng chết người mà các nhà sản xuất im lặng.

Kỷ nguyên Than đã được ghi nhớ từ lâu. Kỷ nguyên của dầu mỏ cũng sắp kết thúc. Trong thập kỷ thứ ba của thế kỷ XNUMX, rõ ràng chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của pin.

VAI TRÒ CỦA CHÚNG LUÔN LUÔN có ý nghĩa kể từ khi điện năng đi vào đời sống con người. Nhưng giờ đây, ba xu hướng đã đột ngột biến lưu trữ năng lượng trở thành công nghệ quan trọng nhất trên hành tinh.

Xu hướng đầu tiên là sự bùng nổ của thiết bị di động - điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay. Chúng ta từng cần pin cho những thứ như đèn pin, radio di động và thiết bị cầm tay - tất cả đều có mức sử dụng tương đối hạn chế. Ngày nay, mọi người đều có ít nhất một thiết bị di động cá nhân, thiết bị này anh ta sử dụng gần như liên tục và không có nó thì cuộc sống của anh ta thật không thể tưởng tượng được.

XU HƯỚNG THỨ HAI là việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và sự chênh lệch đột ngột giữa đỉnh sản xuất và tiêu thụ điện. Mọi chuyện đã từng rất dễ dàng: khi chủ sở hữu bật bếp và TV vào buổi tối, và mức tiêu thụ tăng mạnh, những người vận hành nhà máy nhiệt điện và nhà máy điện hạt nhân chỉ cần tăng công suất. Nhưng với việc tạo ra năng lượng mặt trời và gió, điều này là không thể: đỉnh cao sản xuất thường xảy ra vào thời điểm mức tiêu thụ ở mức thấp nhất. Do đó, năng lượng phải được lưu trữ bằng cách nào đó. Một lựa chọn là cái gọi là “xã hội hydro”, trong đó điện được chuyển đổi thành hydro và sau đó cung cấp nhiên liệu cho lưới điện và xe điện. Nhưng chi phí cực kỳ cao cho cơ sở hạ tầng cần thiết và những ký ức tồi tệ của nhân loại về hydro (Hindenburg và những người khác) đã khiến khái niệm này bị lãng quên vào lúc này.

Cái gọi là "lưới điện thông minh" xuất hiện trong đầu các bộ phận tiếp thị: xe điện nhận được năng lượng dư thừa khi sản xuất cao điểm và sau đó, nếu cần, có thể trả lại cho lưới điện. Tuy nhiên, pin hiện đại vẫn chưa sẵn sàng cho một thách thức như vậy.

CÂU TRẢ LỜI KHÁC CÓ THỂ cho vấn đề này hứa hẹn một xu hướng thứ ba: thay thế động cơ đốt trong bằng xe chạy bằng pin (BEV). Một trong những lập luận chính ủng hộ các loại xe điện này là chúng có thể là những người tham gia tích cực vào lưới điện và lấy phần thặng dư để trả lại khi cần.

Mọi nhà sản xuất xe điện, từ Tesla đến Volkswagen, đều sử dụng ý tưởng này trong các tài liệu PR của họ. Tuy nhiên, không ai trong số họ nhận ra điều rõ ràng đối với các kỹ sư: pin hiện đại không phù hợp với công việc như vậy.

CÔNG NGHỆ LITHIUM-ION đang thống trị thị trường hiện nay và cung cấp từ vòng đeo tay thể dục của bạn đến Tesla Model S nhanh nhất, có nhiều lợi thế so với các khái niệm cũ hơn như axit chì hoặc pin hyđrua kim loại niken. Nhưng nó cũng có một số hạn chế và hơn hết là xu hướng lão hóa ..

Hầu hết mọi người nghĩ về pin như một loại ống mà bằng cách nào đó dòng điện "chảy" vào. Tuy nhiên, trên thực tế, pin không tự lưu trữ điện. Họ sử dụng nó để kích hoạt các phản ứng hóa học nhất định. Sau đó, họ có thể bắt đầu phản ứng ngược lại và lấy lại điện tích của họ.

Đối với pin lithium-ion, phản ứng giải phóng điện trông như thế này: các ion lithium được hình thành ở cực dương trong pin. Đây là những nguyên tử liti, mỗi nguyên tử bị mất một điện tử. Các ion di chuyển qua chất điện phân lỏng đến catốt. Và các electron được giải phóng được chuyển qua một mạch điện, cung cấp năng lượng mà chúng ta cần. Khi bật pin để sạc, quá trình này sẽ diễn ra ngược lại và các ion được thu thập cùng với các điện tử bị mất.

Các hợp chất lithium "phát triển quá mức" có thể gây đoản mạch và làm cháy pin.

TUY NHIÊN, thật không may, KHẢ NĂNG PHẢN ỨNG CAO khiến lithium trở nên phù hợp để sản xuất pin lại có một nhược điểm - nó có xu hướng tham gia vào các phản ứng hóa học không mong muốn khác. Do đó, một lớp hợp chất lithium mỏng dần dần hình thành trên cực dương, cản trở các phản ứng. Và thế là dung lượng pin giảm. Nó càng được sạc và xả mạnh, lớp phủ này càng trở nên dày hơn. Đôi khi, nó thậm chí có thể giải phóng cái gọi là "đuôi gai" - hãy nghĩ đến nhũ đá của các hợp chất lithium - kéo dài từ cực dương đến cực âm và nếu chúng chạm tới nó, có thể gây đoản mạch và đốt cháy pin.

Mỗi chu kỳ sạc và xả sẽ rút ngắn tuổi thọ của pin lithium-ion. Nhưng tính năng sạc nhanh thời trang gần đây với dòng điện ba pha giúp tăng tốc đáng kể quá trình này. Đối với điện thoại thông minh, đây không phải là rào cản lớn đối với các nhà sản xuất, trong mọi trường hợp, họ muốn bắt người dùng thay đổi thiết bị của họ sau mỗi hai đến ba năm, nhưng ô tô là một vấn đề.

Để thuyết phục người tiêu dùng mua xe điện, các nhà sản xuất cũng phải lôi kéo họ bằng các tùy chọn sạc nhanh. Nhưng các trạm nhanh như Ionity không thích hợp để sử dụng hàng ngày.

CHI PHÍ CỦA Ắc quy LÀ MỘT THỨ BA KHÁC và thậm chí nhiều hơn toàn bộ giá của một chiếc ô tô điện ngày nay. Để thuyết phục khách hàng của họ rằng họ không mua một quả bom tích tắc, tất cả các nhà sản xuất đều cung cấp bảo hành pin dài hơn, riêng biệt. Đồng thời, họ dựa vào khả năng sạc nhanh hơn để khiến ô tô của họ trở nên hấp dẫn hơn khi di chuyển đường dài. Cho đến gần đây, các trạm sạc nhanh nhất hoạt động ở mức 50 kilowatt. Nhưng chiếc Mercedes EQC mới có thể được sạc tới 110 kW, Audi e-tron lên tới 150 kW, được cung cấp bởi các trạm sạc Ionity ở Châu Âu và Tesla đang chuẩn bị nâng mức tiêu chuẩn cao hơn nữa.

Các nhà sản xuất này nhanh chóng thừa nhận rằng sạc nhanh sẽ phá hủy pin. Các trạm như Ionity phù hợp hơn cho các trường hợp khẩn cấp khi người đó đã đi một chặng đường dài và có ít thời gian. Nếu không, sạc pin từ từ ở nhà là một cách tiếp cận thông minh.

Việc sạc và xả nó như thế nào cũng rất quan trọng đối với tuổi thọ của nó. Vì vậy, hầu hết các nhà sản xuất không khuyến khích sạc trên 80% và dưới 20%. Với cách tiếp cận này, trung bình một pin lithium-ion mất khoảng 2% công suất mỗi năm. Do đó, nó có thể kéo dài 10 năm, hoặc lên đến khoảng 200 km, trước khi sức mạnh của nó giảm đến mức không thể sử dụng được trên ô tô.

Cuối cùng, tất nhiên, CUỘC SỐNG CỦA PIN phụ thuộc vào thành phần hóa học độc đáo của nó. Nó khác nhau đối với mỗi nhà sản xuất, và trong nhiều trường hợp, nó còn mới đến mức người ta thậm chí không biết nó sẽ già đi như thế nào theo thời gian. Một số nhà sản xuất đã hứa hẹn một thế hệ pin mới có tuổi thọ "một triệu dặm" ​​(1.6 triệu km). Theo Elon Musk, Tesla đang nghiên cứu một trong số chúng. Công ty CATL của Trung Quốc, chuyên cung cấp sản phẩm cho BMW và nửa tá công ty khác, đã cam kết rằng loại pin tiếp theo của họ sẽ có tuổi thọ 16 năm, tương đương 2 triệu km. General Motors và LG Chem của Hàn Quốc cũng đang phát triển một dự án tương tự. Mỗi công ty này đều có các giải pháp công nghệ riêng mà họ muốn thử trong đời thực. Ví dụ, GM sẽ sử dụng các vật liệu cải tiến để ngăn hơi ẩm xâm nhập vào các tế bào pin, đây là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng đóng cặn lithium trên catốt. Công nghệ CATL bổ sung nhôm vào cực dương niken-coban-mangan. Điều này không chỉ làm giảm nhu cầu về coban, hiện là nguyên liệu thô đắt nhất trong số các nguyên liệu thô này, mà còn làm tăng tuổi thọ của pin. Ít nhất thì đó là điều mà các kỹ sư Trung Quốc hy vọng. Các khách hàng tiềm năng rất vui khi biết liệu một ý tưởng có hoạt động trong thực tế hay không.