急速充電がバッテリーの死をもたらす理由

彼らはオイルを交換したいと思っていますが、それでもメーカーが沈黙している致命的な欠陥があります。

石炭時代は長い間記憶されてきました。 石油の時代も終わりに近づいています。 XNUMX世紀のXNUMX年間、私たちは明らかにバッテリーの時代に生きています。

電気が人間の生活に入って以来、彼らの役割は常に重要でした。 しかし今、XNUMXつの傾向が突然、エネルギー貯蔵を地球上で最も重要な技術にしました。

最初のトレンドは、スマートフォン、タブレット、ラップトップなどのモバイル デバイスのブームです.以前は、懐中電灯、携帯ラジオ、ポータブル デバイスなどのバッテリーが必要でしたが、これらはすべて比較的限られた用途しかありませんでした. 今日、誰もが少なくとも XNUMX 台の個人用モバイル デバイスを持っており、ほぼ常に使用しており、それなしでは生活を考えられません。

第 XNUMX の傾向は、再生可能エネルギー源の使用と、電力生産と消費のピーク間の突然の不一致です。 以前は簡単でした。所有者が夕方にストーブとテレビの電源を入れ、消費が急増すると、火力発電所と原子力発電所のオペレーターは電力を増やすだけで済みます。 しかし、太陽光発電と風力発電では、これは不可能です。生産のピークは、消費が最も低いレベルにあるときに最も頻繁に発生します。 したがって、何らかの方法でエネルギーを蓄える必要があります。 選択肢の XNUMX つは、電気を水素に変換し、その燃料を電力網や電気自動車に供給する、いわゆる「水素社会」です。 しかし、必要なインフラストラクチャーの非常に高いコストと人類の水素に関する悪い記憶 (Hindenburg など) により、この概念は今のところ後回しになっています。

いわゆる「スマートグリッド」は、マーケティング部門の頭の中にあります。電気自動車は、生産のピーク時に過剰なエネルギーを受け取り、必要に応じて、それをグリッドに戻すことができます。 しかし、現代のバッテリーはまだそのような挑戦の準備ができていません。

この問題に対する別の考えられる答えは、XNUMX番目の傾向を約束します。それは、内部燃焼エンジンをバッテリー電気自動車（BEV）に置き換えることです。 これらの電気自動車を支持する主な議論のXNUMXつは、グリッドに積極的に参加し、必要なときに返却するために余剰分を受け取ることができるということです。

テスラからフォルクスワーゲンまで、すべてのEVメーカーは、PR資料でこのアイデアを使用しています。 しかし、エンジニアにとって何が痛々しいほど明確であるかを認識しているものはありません。最新のバッテリーはそのような作業には適していません。

今日の市場を支配し、フィットネスブレスレットから最速のテスラモデルSに提供するリチウムイオンテクノロジーには、鉛酸やニッケル金属水素化物バッテリーなどの古いコンセプトに比べて多くの利点があります。 しかし、それにはいくつかの制限があり、とりわけ、老化する傾向があります。

ほとんどの人は、バッテリーを、電気が何らかの形で「流れる」一種のチューブと考えています。 ただし、実際には、バッテリー自体は電気を蓄えません。 彼らはそれを使用して特定の化学反応を引き起こします。 その後、彼らは反対の反応を開始し、彼らの電荷を取り戻すことができます。

リチウムイオン電池の場合、電気の放出との反応は次のようになります。リチウムイオンは電池のアノードで形成されます。 これらはリチウム原子であり、それぞれがXNUMXつの電子を失っています。 イオンは液体電解質を通ってカソードに移動します。 そして、放出された電子は電気回路を介して送られ、必要なエネルギーを提供します。 バッテリーの電源を入れて充電すると、プロセスが逆になり、失われた電子とともにイオンが収集されます。

リチウム化合物による「過成長」は、短絡を引き起こし、バッテリーに点火する可能性があります。

残念なことに、リチウムを電池の製造に非常に適したものにする高い反応性には欠点があります。それは、他の望ましくない化学反応に関与する傾向があることです。 したがって、リチウム化合物の薄い層がアノード上に徐々に形成され、反応を妨げます。 そのため、バッテリー容量が減少します。 充放電が激しいほど、このコーティングは厚くなります。 時には、いわゆる「デンドライト」（リチウム化合物の鍾乳石と考えてください）が放出されることさえあります。これは、アノードからカソードまで伸び、到達すると、短絡を引き起こし、バッテリーに発火する可能性があります.

充電と放電のサイクルごとに、リチウム イオン バッテリーの寿命が短くなります。 しかし、最近流行の三相電流による急速充電は、プロセスを大幅に高速化します。 スマートフォンの場合、これはメーカーにとって大きな障壁ではなく、いずれにせよ、ユーザーに XNUMX ～ XNUMX 年ごとにデバイスを変更させたいと考えていますが、車は問題です。

消費者に電気自動車を購入するよう説得するには、メーカーは高速充電オプションで消費者を誘惑する必要もあります。 しかし、Ionityのような高速ステーションは日常の使用には適していません。

バッテリーのコストはさらに 50 分の 110 で、今日の電気自動車の全体の価格よりもさらに高くなります。 カチカチ音をたてる爆弾を購入していないことを顧客に納得させるために、すべてのメーカーは個別のより長いバッテリー保証を提供しています. 同時に、彼らは高速充電に依存して、長距離移動に適した車にしています。 最近まで、最速の充電ステーションは 150 キロワットで動作していました。 しかし、新しいメルセデス EQC は最大 XNUMXkW まで、アウディ e-tron は最大 XNUMXkW まで充電でき、ヨーロッパの Ionity 充電ステーションで提供されており、テスラは基準をさらに高くする準備をしています。

これらのメーカーは、急速充電によってバッテリーが破壊されることをすぐに認めています。 Ionityのようなステーションは、人が長い道のりを歩き、時間がほとんどない緊急事態に適しています。 それ以外の場合は、自宅でバッテリーをゆっくり充電するのが賢明な方法です。

それがどのように充電および放電されるかも、その寿命にとって重要です。 したがって、ほとんどのメーカーは、80％を超え20％未満の充電を推奨していません。 このアプローチでは、リチウムイオン電池は年間平均で容量の約2パーセントを失います。 したがって、電力が大幅に低下して車内で使用できなくなるまで、10年間、または最大約200km続く可能性があります。

最後に、もちろん、BATTERYLIFEはその独特の化学組成に依存します。 それはメーカーごとに異なり、多くの場合、それは非常に新しいため、時間の経過とともにどのように経年変化するかさえわかりません。 いくつかのメーカーはすでに「1.6万マイル」（16万キロメートル）の寿命を持つ新世代のバッテリーを約束しています。 Elon Muskによると、Teslaはそのうちの2つに取り組んでいます。 BMWと他のXNUMX社に製品を供給する中国の会社CATLは、次のバッテリーがXNUMX年、つまりXNUMX万キロメートル続くことを約束しました。 ゼネラルモーターズと韓国のLG化学も同様のプロジェクトを開発しています。 これらの企業にはそれぞれ、実際に試してみたい独自のテクノロジーソリューションがあります。 たとえば、GMは革新的な材料を使用して、カソードでのリチウムスケーリングの主な原因であるバッテリーセルへの水分の侵入を防ぎます。 CATLテクノロジーは、ニッケル-コバルト-マンガンアノードにアルミニウムを追加します。 これにより、現在これらの原材料の中で最も高価なコバルトの必要性が減るだけでなく、バ​​ッテリーの寿命も延びます。 少なくともそれは中国のエンジニアが望んでいることです。 潜在的なクライアントは、アイデアが実際に機能するかどうかを知って喜んでいます。