Mengapa pengisian cepat adalah kematian baterai
Mereka ingin mengganti oli, tetapi mereka masih memiliki cacat fatal yang tidak diungkapkan oleh produsen.
Zaman Batubara telah lama diingat. Era minyak juga akan segera berakhir. Pada dekade ketiga abad XNUMX, kita jelas hidup di era baterai.
PERAN MEREKA SELALU signifikan sejak listrik memasuki kehidupan manusia. Tapi sekarang tiga tren tiba-tiba menjadikan penyimpanan energi sebagai teknologi terpenting di planet ini.
Tren pertama adalah booming perangkat seluler - smartphone, tablet, laptop. Kami dulu membutuhkan baterai untuk hal-hal seperti senter, radio seluler, dan perangkat portabel - semuanya dengan penggunaan yang relatif terbatas. Saat ini, setiap orang memiliki setidaknya satu perangkat seluler pribadi, yang dia gunakan hampir terus-menerus dan tanpanya hidupnya tidak terpikirkan.
TREN KEDUA adalah penggunaan sumber energi terbarukan dan perbedaan mendadak antara puncak produksi dan konsumsi listrik. Dulu mudah: ketika pemilik menyalakan kompor dan TV di malam hari, dan konsumsi meningkat tajam, operator pembangkit listrik tenaga panas dan pembangkit listrik tenaga nuklir hanya perlu menambah daya. Tetapi dengan pembangkitan matahari dan angin, hal ini tidak mungkin: puncak produksi paling sering terjadi pada saat konsumsi berada pada tingkat terendah. Oleh karena itu, energi harus disimpan entah bagaimana caranya. Pilihannya adalah apa yang disebut "masyarakat hidrogen", di mana listrik diubah menjadi hidrogen dan kemudian memasok bahan bakar ke jaringan dan kendaraan listrik. Tetapi biaya yang luar biasa tinggi untuk infrastruktur yang diperlukan dan kenangan buruk umat manusia tentang hidrogen (Hindenburg dan lainnya) meninggalkan konsep ini di backburner untuk saat ini.
Apa yang disebut "jaringan pintar" terlihat di benak departemen pemasaran: kendaraan listrik menerima energi berlebih pada produksi puncak, dan kemudian, jika perlu, dapat mengembalikannya ke jaringan. Namun, baterai modern belum siap untuk tantangan seperti itu.
JAWABAN LAIN YANG MUNGKIN untuk masalah ini menjanjikan tren ketiga: penggantian mesin pembakaran internal dengan kendaraan listrik baterai (BEV). Salah satu argumen utama yang mendukung kendaraan listrik ini adalah mereka dapat menjadi peserta aktif di jaringan dan mengambil kelebihannya untuk mengembalikannya saat dibutuhkan.
Setiap pembuat EV, dari Tesla hingga Volkswagen, menggunakan ide ini dalam materi PR mereka. Namun, tidak satupun dari mereka mengakui apa yang sangat jelas bagi para insinyur: baterai modern tidak cocok untuk pekerjaan seperti itu.
TEKNOLOGI LITHIUM-ION yang mendominasi pasar saat ini dan mengirimkan dari pelacak kebugaran Anda ke Tesla Model S tercepat memiliki banyak keunggulan dibandingkan konsep lama seperti baterai asam timbal atau baterai nikel metal hidrida. Tapi itu juga memiliki beberapa keterbatasan dan, di atas segalanya, kecenderungan penuaan ..
Kebanyakan orang berpikir baterai sebagai semacam tabung di mana listrik entah bagaimana "mengalir". Namun dalam praktiknya, baterai tidak menyimpan listrik sendiri. Mereka menggunakannya untuk memicu reaksi kimia tertentu. Kemudian mereka dapat memulai reaksi yang berlawanan dan mendapatkan kembali muatannya.
Untuk baterai litium-ion, reaksi dengan pelepasan listrik terlihat seperti ini: ion litium terbentuk di anoda pada baterai. Ini adalah atom litium, yang masing-masing kehilangan satu elektron. Ion-ion bergerak melalui elektrolit cair ke katoda. Dan elektron yang dilepaskan disalurkan melalui rangkaian listrik, menyediakan energi yang kita butuhkan. Ketika baterai dihidupkan untuk pengisian, prosesnya terbalik dan ion dikumpulkan dengan elektron yang hilang.
"Pertumbuhan berlebih" dengan senyawa litium dapat menyebabkan korsleting dan menyalakan baterai.
Sayangnya, NAMUN, REAKTIVITAS TINGGI yang membuat litium sangat cocok untuk membuat baterai memiliki kelemahan - cenderung ikut serta dalam reaksi kimia lain yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, lapisan tipis senyawa litium secara bertahap terbentuk di anoda, yang mengganggu reaksi. Sehingga kapasitas baterai berkurang. Semakin intensif pengisian dan pengosongannya, semakin tebal lapisan ini. Kadang-kadang bahkan dapat melepaskan apa yang disebut "dendrit" - pikirkan stalaktit senyawa lithium - yang memanjang dari anoda ke katoda dan, jika mencapainya, dapat menyebabkan korsleting dan menyalakan baterai.
Setiap siklus pengisian dan pengosongan mempersingkat masa pakai baterai lithium-ion. Tetapi pengisian cepat yang modis baru-baru ini dengan arus tiga fase secara signifikan mempercepat prosesnya. Untuk smartphone, ini bukan penghalang besar bagi pabrikan, bagaimanapun, mereka ingin memaksa pengguna untuk mengganti perangkat mereka setiap dua hingga tiga tahun, tetapi mobil adalah masalah.
Untuk meyakinkan konsumen agar membeli kendaraan listrik, pabrikan juga harus membujuk mereka dengan opsi pengisian cepat. Tetapi stasiun cepat seperti Ionity tidak cocok untuk penggunaan sehari-hari.
BIAYA BATERAI ADALAH sepertiga lagi dan bahkan lebih dari seluruh harga mobil listrik saat ini. Untuk meyakinkan pelanggan mereka bahwa mereka tidak membeli bom detak, semua pabrikan memberikan garansi baterai terpisah yang lebih lama. Pada saat yang sama, mereka mengandalkan pengisian daya yang lebih cepat untuk membuat mobil mereka menarik untuk perjalanan jarak jauh. Hingga saat ini, stasiun pengisian tercepat beroperasi pada 50 kilowatt. Tetapi Mercedes EQC baru dapat diisi hingga 110kW, Audi e-tron hingga 150kW, seperti yang ditawarkan oleh stasiun pengisian Ionity Eropa, dan Tesla bersiap untuk menaikkan standar lebih tinggi.
Produsen ini dengan cepat mengakui bahwa pengisian cepat akan merusak baterai. Stasiun seperti Ionity lebih cocok untuk keadaan darurat ketika seseorang telah datang jauh dan memiliki sedikit waktu. Jika tidak, mengisi daya baterai secara perlahan di rumah adalah pendekatan yang cerdas.
Seberapa terisi dan habisnya juga penting untuk umurnya. Oleh karena itu, sebagian besar produsen tidak merekomendasikan pengisian di atas 80% atau di bawah 20%. Dengan pendekatan ini, baterai lithium-ion rata-rata kehilangan sekitar 2 persen dari kapasitasnya per tahun. Dengan demikian, dapat bertahan 10 tahun, atau hingga sekitar 200 km, sebelum tenaganya turun drastis sehingga tidak dapat digunakan lagi di dalam mobil.
Akhirnya, tentu saja, BATTERY LIFE bergantung pada komposisi kimianya yang unik. Ini berbeda untuk setiap pabrikan, dan dalam banyak kasus ini sangat baru sehingga bahkan tidak diketahui bagaimana usianya seiring waktu. Beberapa pabrikan sudah menjanjikan baterai generasi baru dengan masa pakai "satu juta mil" (1.6 juta kilometer). Menurut Elon Musk, Tesla sedang mengerjakan salah satunya. Perusahaan China CATL, yang memasok produk ke BMW dan setengah lusin perusahaan lain, telah berjanji bahwa baterai berikutnya akan bertahan 16 tahun, atau 2 juta kilometer. General Motors dan LG Chem Korea juga mengembangkan proyek serupa. Masing-masing perusahaan ini memiliki solusi teknologi mereka sendiri yang ingin mereka coba dalam kehidupan nyata. GM, misalnya, akan menggunakan bahan inovatif untuk mencegah masuknya uap air ke dalam sel baterai, yang merupakan penyebab utama penskalaan litium pada katoda. Teknologi CATL menambahkan aluminium ke anoda nikel-kobalt-mangan. Ini tidak hanya mengurangi kebutuhan kobalt, yang saat ini merupakan bahan baku paling mahal, tetapi juga meningkatkan masa pakai baterai. Setidaknya itulah yang diharapkan para insinyur China. Klien potensial senang mengetahui apakah sebuah ide berhasil dalam praktik.
