Kako bi lahko nove baterije pripomogle k hitrejšemu polnjenju vašega EV

Kitajsko podjetje za baterije želi rešiti eno največjih ovir za širšo uporabo električnih vozil.

Kitajski akumulatorski velikan CATL je prejšnji teden predstavil novo baterijo s hitrim polnjenjem, za katero podjetje pravi, da lahko v 10 minutah doseže do 400 kilometrov (približno 250 milj) dosega. To je hitreje kot skoraj vsa današnja polnjenja električnih vozil in CATL trdi, da bodo nove celice, ki jih namerava komercialno proizvesti do konca leta 2023, “odprle dobo superhitrega polnjenja električnih vozil.” To pomeni, če lahko končni izdelek izpolni obljube podjetja glede zmogljivosti baterije, življenjske dobe in stroškov.

Električna vozila predstavljajo vse večji delež svetovne prodaje novih vozil – 14 % v letu 2022. Vendar ima veliko voznikov še vedno pomisleke glede omejenega obsega trenutne tehnologije baterij in jih odvrača potreba po ustavitvi za polnjenje za več kot pol ure, tudi na hitrih polnilnicah. Inovacije v baterijskih materialih, če se ujemajo z napredkom v polnilni infrastrukturi, bi lahko pomagale posnemati udobje avtomobilov na plin in spodbudile uporabo električnih vozil. CATL, katerega ime je akronim za Contemporary Amperex Technology Co. Limited, je največji proizvajalec baterij za električna vozila na svetu. Podjetje dobavlja celice velikim proizvajalcem avtomobilov, kot so Tesla, Mercedes in Volkswagen.

Objava prejšnjega tedna je zadnja odmevna tehnološka novica podjetja v tem letu. Med drugim načrtuje izdelavo kondenziranih baterij z visoko energijsko gostoto za letala in množično proizvodnjo novih baterij za električna vozila, izdelanih iz natrija namesto litija. Nove baterije za hitro polnjenje CATL bi bile dvakrat hitrejše od konkurentov, pravi Jiayan Shi, analitik za BNEF, podjetje za energetske raziskave. Teslino hitro polnjenje doda približno 320 kilometrov ali 200 milj dosega v 15 minutah. Nekatere komercialno dostopne baterije že lahko dosežejo hitrosti, ki jih je CATL napovedal prejšnji teden, pravi David Schroeder, glavni tehnični direktor Volta Energy Technologies, podjetja tveganega kapitala, ki se osredotoča na baterije in tehnologijo shranjevanja energije. Toda te baterije se uporabljajo v izdelkih, kot je stacionarno shranjevanje energije. CATL bi bil prvi, ki bi te celice za hitro polnjenje postavil v električna vozila. Pri litij-ionskih baterijah je ponavadi trd kompromis med količino energije, ki jo lahko shranijo, in hitrostjo polnjenja. Te baterije lahko na splošno razdelimo v dve kategoriji: »energijske celice« in »močne celice«. Energijske celice dajejo prednost pakiranju čim več energije, kar je koristno pri razširitvi dosega električnega vozila brez dodajanja prevelike mase. Napajalne celice po drugi strani dajejo prednost hitremu polnjenju in praznjenju, kar je koristno za uporabo, kot je stacionarno shranjevanje energije, ki stabilizira električno omrežje. Današnje napajalne celice lahko dosežejo visoke hitrosti polnjenja, vendar so lahko preveč zajetne za uporabo v avtomobilu in verjetno ne bi zdržale več sto tisoč kilometrov. Baterije, ki se lahko hitro polnijo, hkrati pa so majhne, ​​lahke in dolgotrajne, bi bile korak naprej. Kompromis med visoko zmogljivostjo in hitrim polnjenjem se zmanjša na način, kako se v baterijah premikajo nabite molekule, imenovane ioni. Ko se baterija polni, električni tok potiska litijeve ione z ene strani celice na drugo. Ioni se lahko nato ugnezdijo v prostore v delu baterije, imenovanem anoda, kjer čakajo. Sčasoma bodo pohiteli nazaj in sprostili shranjeno elektriko, ko bo nekdo uporabil baterijo za napajanje naprave.

Za povečanje skupne zmogljivosti baterije lahko te anode izdelamo z debelejšimi plastmi materiala, kar pomeni, da bo veliko prostora za reže ionov. Vendar pa bo v baterijah z debelejšimi anodami nekaj prostora za shranjevanje globoko znotraj plasti, zato bodo morali ioni potovati dlje, da pridejo tja, kar upočasni proces polnjenja. Da bi pospešili polnjenje, lahko proizvajalci baterij zmanjšajo te plasti, tako da ionom ni treba potovati tako daleč. Inovacije v materialih bi lahko pomagale obiti ta kompromis. V objavi CATL o svoji bateriji s hitrim polnjenjem podjetje omenja več sprememb na anodi, vključno s spremembami površine grafita in večslojno zasnovo, ki pomaga skrajšati pot ionov in pospeši polnjenje. Vendar ne gre le za anodo – zdi se, da vsak del baterije prispeva k večji hitrosti polnjenja, pravi Kevin Shang, višji raziskovalni analitik pri Wood Mackenzie, energetskem svetovalnem podjetju. Objava podjetja prav tako pripisuje nov elektrolit (tekočina, skozi katero se premikajo ioni v bateriji), ki na primer izboljša prevodnost. Shang pravi, da s svojimi novimi izdelki baterijski velikani, kot je CATL, ne stavijo nujno na eno samo inovacijo, temveč dodajajo vrsto raziskovalnih in razvojnih prizadevanj ter jih združujejo v en izdelek. Še vedno ostajajo vprašanja o tej bateriji in kaj bo pomenila za vozila, pravi Shang. Z besedami, da bi se baterije lahko uporabljale v vozilu z dosegom 700 kilometrov (430 milj), napoved CATL nakazuje visoko energijsko gostoto. Ni pa jasno, kako velika bosta morala biti vozilo in baterija, da bosta zagotavljala tolikšen doseg.

Poleg tega lahko višja stopnja polnjenja na splošno pomeni krajšo življenjsko dobo in višjo ceno, pravi Schroeder. V odgovoru na pisno vprašanje revije MIT Technology Review o življenjski dobi novih baterij s hitrim polnjenjem je CATL dejal: “Ne glede na to, ali gre za hitro polnjenje ali ne, garancija za naše izdelke ostaja enaka.” (Trenutna garancija traja osem let ali 800.000 kilometrov, glede na spletno stran.) Podjetje je tudi dejalo, da je “izboljšalo stroškovno učinkovitost”, vendar ni zagotovilo podrobnosti o tem, koliko bo baterija stala. Konec koncev, kako hitro se baterije lahko polnijo, ne bo omejeno le z njihovo zasnovo, temveč tudi z razpoložljivo infrastrukturo za polnjenje. Medtem ko je Kitajska vodilna v svetu na področju namestitve polnilnikov, bo potrebnih veliko več polnilnikov za električna vozila, da bi zadovoljili naraščajoče povpraševanje. Možno je tudi, da bodo potrebni novi polnilniki za doseganje hitrosti polnjenja, ki jih zmorejo nove baterije CATL, kar predstavlja več izzivov za razvoj infrastrukture. Obvestila proizvajalcev baterij o napredku so “vedno dobra novica,” pravi Shang, “in to pozdravljamo.” Vprašanje je, ali lahko podjetja dejansko izpolnijo obljubljeno.