Per què la càrrega ràpida és la mort de les bateries
Volen canviar l'oli, però encara tenen un defecte mortal que els fabricants callen.
Des de fa temps es recorda l’edat del carbó. L’era del petroli també s’acaba. A la tercera dècada del segle XNUMX, vivim clarament l’era de les bateries.
EL SEU FUNCIÓ SEMPRE ha estat important des que l’electricitat va entrar a la vida humana. Però ara tres tendències han convertit de sobte l’emmagatzematge d’energia en la tecnologia més important del planeta.
La primera tendència és l'auge dels dispositius mòbils: telèfons intel·ligents, tauletes, ordinadors portàtils. Abans necessitàvem bateries per a coses com llanternes, ràdios mòbils i dispositius portàtils, tots amb usos relativament limitats. Avui dia, tothom té almenys un dispositiu mòbil personal, que utilitza gairebé constantment i sense el qual la seva vida és impensable.
La SEGONA TENDÈNCIA és l'ús de fonts d'energia renovables i la discrepància sobtada entre els pics de producció i consum d'electricitat. Abans era fàcil: quan els propietaris encenen estufes i televisors al vespre i el consum augmenta bruscament, els operadors de les centrals tèrmiques i les centrals nuclears simplement han d'augmentar la potència. Però amb la generació solar i eòlica això és impossible: el pic de producció es produeix amb més freqüència en un moment en què el consum es troba en el seu nivell més baix. Per tant, l'energia s'ha d'emmagatzemar d'alguna manera. Una opció és l'anomenada "societat de l'hidrogen", en la qual l'electricitat es converteix en hidrogen i després alimenta el combustible a la xarxa i als vehicles elèctrics. Però el cost extraordinàriament elevat de la infraestructura necessària i els mals records de l'hidrogen de la humanitat (Hindenburg i altres) deixen aquest concepte en un segon pla de moment.
Les anomenades "xarxes intel·ligents" es veuen en la ment dels departaments de màrqueting: els cotxes elèctrics reben l’excés d’energia a la màxima producció i, si cal, la poden retornar a la xarxa. Tot i això, les bateries modernes encara no estan preparades per fer aquest repte.
UNA ALTRA POSSIBLE RESPOSTA a aquest problema promet una tercera tendència: la substitució dels motors de combustió interna per vehicles elèctrics amb bateria (BEV). Un dels principals arguments a favor d’aquests vehicles elèctrics és que poden participar activament a la xarxa i agafar l’excedent per retornar-los quan sigui necessari.
Tots els fabricants d’EV, des de Tesla fins a Volkswagen, utilitzen aquesta idea en els seus materials de relacions públiques. Tot i això, cap d’ells admet allò que és dolorosament clar per als enginyers: les bateries modernes no són adequades per a aquest treball.
La TECNOLOGIA LITI-IÓ que domina el mercat avui en dia i que ofereix des del vostre rastrejador físic fins al més ràpid Tesla Model S té molts avantatges respecte a conceptes antics com les bateries de plom àcid o níquel metàl·lic hidrur. Però també té algunes limitacions i, sobretot, una tendència a l’envelliment ..
La majoria de la gent pensa en les bateries com una mena de tub cap a on “flueix” l’electricitat. A la pràctica, però, les bateries no emmagatzemen electricitat per si soles. L’utilitzen per desencadenar certes reaccions químiques. Aleshores poden iniciar la reacció contrària i recuperar la seva càrrega.
Per a les bateries de ions de liti, la reacció amb l’alliberament d’electricitat és la següent: es formen ions de liti a l’ànode de la bateria. Es tracta d’àtoms de liti, cadascun dels quals ha perdut un electró. Els ions es mouen a través de l’electròlit líquid fins al càtode. I els electrons alliberats es canalitzen a través d’un circuit elèctric, proporcionant l’energia que necessitem. Quan la bateria s’encén per carregar-se, el procés s’inverteix i els ions es recullen amb els electrons perduts.
El "creixement excessiu" amb compostos de liti pot provocar un curtcircuit i encendre la bateria.
Malauradament, però, l'ALTA REACTIVITAT que fa que el liti sigui tan adequat per a la fabricació de bateries té un inconvenient: tendeix a participar en altres reaccions químiques indesitjables. Per tant, una capa fina de compostos de liti es forma gradualment a l'ànode, que interfereix amb les reaccions. I així la capacitat de la bateria disminueix. Com més intensament es carrega i es descarrega, més gruixut es fa aquest recobriment. De vegades fins i tot pot alliberar les anomenades "dendrites" -penseu-hi estalactites de compostos de liti- que s'estenen des de l'ànode fins al càtode i, si hi arriben, poden provocar un curtcircuit i encendre la bateria.
Cada cicle de càrrega i descàrrega redueix la vida útil de la bateria d'ions de liti. Però la càrrega ràpida de moda recentment amb un corrent trifàsic accelera significativament el procés. Per als telèfons intel·ligents, això no és una gran barrera per als fabricants, en qualsevol cas, volen obligar els usuaris a canviar de dispositiu cada dos o tres anys, però els cotxes són un problema.
Per convèncer els consumidors de comprar vehicles elèctrics, els fabricants també els han d’atraure amb opcions de càrrega ràpida. Però les estacions ràpides com Ionity no són adequades per a l’ús quotidià.
EL COST DE LA BATERIA ÉS UN ALTRE TERCER i fins i tot més que el preu total del cotxe elèctric actual. Per convèncer els seus clients que no estan comprant una bomba, tots els fabricants ofereixen una garantia de bateria més llarga i separada. Al mateix temps, confien en una càrrega més ràpida per fer que els seus cotxes siguin atractius per als viatges de llarga distància. Fins fa poc, les estacions de recàrrega més ràpides funcionaven a 50 quilowatts. Però el nou Mercedes EQC es pot carregar fins a 110 kW, l'Audi e-tron fins a 150 kW, tal com ofereixen les estacions de recàrrega europees Ionity, i Tesla es prepara per pujar encara més el llistó.
Aquests fabricants admeten ràpidament que la càrrega ràpida destruirà les bateries. Estacions com Ionity són més adequades per a emergències quan una persona ha recorregut un llarg camí i té poc temps. En cas contrari, carregar lentament la bateria a casa és un mètode intel·ligent.
La seva càrrega i descàrrega també és important per a la seva vida útil. Per tant, la majoria dels fabricants no recomanen carregar per sobre del 80% o per sota del 20%. Amb aquest enfocament, una bateria de ions de liti perd de mitjana aproximadament el 2 per cent de la seva capacitat a l'any. Per tant, pot durar deu anys, o fins a uns 10 km, abans que la seva potència baixi tant que quedi inutilitzable en un cotxe.
Finalment, és clar, BATERY LIFE depèn de la seva composició química única. És diferent per a cada fabricant i, en molts casos, és tan nou que ni tan sols se sap com envelleix amb el pas del temps. Diversos fabricants ja prometen una nova generació de bateries amb una vida útil de "un milió de milles" (1.6 milions de quilòmetres). Segons Elon Musk, Tesla està treballant en un d’ells. L’empresa xinesa CATL, que subministra productes a BMW i a mitja dotzena d’empreses més, s’ha compromès a que la seva pròxima bateria durarà 16 anys, és a dir, 2 milions de quilòmetres. General Motors i la coreana LG Chem també estan desenvolupant un projecte similar. Cadascuna d’aquestes empreses té les seves pròpies solucions tecnològiques que volen provar a la vida real. GM, per exemple, utilitzarà materials innovadors per evitar que la humitat entri a les cel·les de la bateria, que és la principal causa de l’escala de liti al càtode. La tecnologia CATL afegeix alumini a l’ànode níquel-cobalt-manganès. Això no només redueix la necessitat de cobalt, que actualment és la més cara d’aquestes matèries primeres, sinó que també augmenta la durada de la bateria. Almenys això és el que esperen els enginyers xinesos. Els clients potencials es complau saber si una idea funciona a la pràctica.
