Šiuo metu, kai sparčiai vystosi naujų energetinių transporto priemonių pramonė, ličio{0}}jonų akumuliatoriai, kaip pagrindinis energijos šaltinis, susiduria su esminiu iššūkiu – subalansuoti įkrovimo efektyvumą ir eksploatavimo trukmę. Didėjant vartotojų poreikiams ilgesnio važiavimo atstumo ir didesnio įkrovimo greičio, taip pat rinkai sutelkus dėmesį į baterijos veikimo trukmę ir ekonomiškumą, ličio-jonų akumuliatorių įkrovimo technologija išgyvena didelę revoliuciją. Kaip užtikrinti aukštą-efektyvų įkrovimą ir pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką, tapo neatidėliotina problema, kurią pramonės atstovai turi išspręsti.
I. Greito įkrovimo technologija: efektyvumo didinimo varomoji jėga
Pastaraisiais metais buvo padaryta didelė pažanga greito ličio -jonų akumuliatorių įkrovimo technologijos srityje. Paimkite CATL kaip pavyzdį. Jo „Shenxing“ itin greito įkrovimo-baterija pasiekė itin greitą įkrovimo greitį – „10-minučių įkrovimo 400-kilometrų atstumui“. Net šaltoje aplinkoje, esant -10 laipsnių, jis gali įkrauti iki 80 % talpos per 30 minučių. 2024 m. balandžio mėn. CATL pristatė „Shenxing PLUS“ akumuliatorių, kuris dar labiau padidino važiavimo atstumą iki 1000 kilometrų ir išlaikė itin greito įkrovimo savybę, kai per 10 minučių įkraunama iki 60 % talpos. Be to, CATL ir SAIC-GM bendradarbiavo pristatydami 6C itin greitai įkraunamą ličio geležies fosfato bateriją, kurią planuojama naudoti atnaujintoje Ultium kvazi-900V aukštos įtampos akumuliatoriaus architektūroje 2025 m. Šią bateriją galima visiškai įkrauti per 10 minučių, o nuvažiuojant 200 kilometrų.
Mokslininkų komanda, vadovaujama profesoriaus Chao{0}}Yang Wang iš Pensilvanijos valstijos universiteto, taip pat pasiekė puikių laimėjimų. Jie nustatė, kad jei prieš įkraunant akumuliatorių galima greitai pašildyti iki 60 laipsnių, 10 minučių greitai įkrauti, o po to greitai atvėsinti iki aplinkos temperatūros, galima išvengti terminio akumuliatoriaus skilimo ir užkirsti kelią rimtam kietojo elektrolito tarpfazės (SEI) plėvelės augimui. Po pakartotinių bandymų komanda atliko trijų tipų maitinimo baterijų izoterminio įkrovimo bandymus 40 laipsnių, 49 laipsnių ir 60 laipsnių kampu, kaip kontrolinį įkrovimą naudodama 20 laipsnių kampu. Vėliau akumuliatoriai buvo išmontuoti, kad būtų patikrinta, ar nėra ličio dengimo. Rezultatai parodė, kad po 2500 itin greito įkrovimo ciklų (6C, 4,2V) esant 60 laipsnių 10 minučių, didelio -energijos-tankio akumuliatorius, kurio talpa 209 Wh/kg, vis tiek išlaikė 91,7 % savo talpos ir prarado tik 8,3 %. Tai gerokai viršijo JAV Energetikos departamento (DOE) nustatytą „500 ciklų, 20 % pajėgumo praradimo“ tikslą, o įkrovimo proceso metu nebuvo pastebėta ličio danga.
Tokie prekių ženklai kaip XPENG ir NIO taip pat pasiekė itin{0}}greito įkrovimo pasiekimų. XPENG pristatė S4 itin greito įkrovimo krūvą, kurio didžiausia išėjimo galia yra 480 kW, o maksimali išėjimo srovė – 670 A. Ši sistema gali užtikrinti, kad automobilis nuvažiuotų 200 -kilometrų per 5 minutes po įkrovimo. Remiantis oficialiu pareiškimu, 4C modelis gali įkrauti nuo 10 % iki 80 % greičiau nei per 15 minučių, o tai, kaip teigiama, yra greičiausias masinės{18}}elektros transporto priemonės įkrovimo greitis pasaulyje. 3C modelyje taip pat sumontuota 800 V aukštos įtampos platforma, kurios didžiausia įkrovimo galia siekia apie 300 kW. Jis gali padidinti 130 kilometrų važiavimo atstumą per 5 minutes po įkrovimo ir įkrauti nuo 10% iki 80% per 20 minučių.
II. Greito įkrovimo įtaka akumuliatoriaus veikimo trukmei
Nors greito įkrovimo technologija labai pagerina įkrovimo efektyvumą, negalima ignoruoti jos įtakos akumuliatoriaus veikimo trukmei. Greito įkrovimo metu didelė srovė skatina ličio jonus greitai įsiterpti į anodą. Jei temperatūros kontrolė yra netinkama, ant anodo paviršiaus gali nusėsti ličio metalas, sudarydamas dendritus, kurie gali pradurti separatorių, o tai gali sukelti vidinius trumpuosius jungimus ir pagreitinti akumuliatoriaus veikimo pablogėjimą. Be to, greitojo įkrovimo metu susidaranti šiluma, jei ji laiku neišsisklaido, gali pagreitinti elektrolito skilimą ir elektrodų medžiagų senėjimą, todėl sutrumpėja akumuliatoriaus veikimo laikas.
Apklausa parodė, kad elektromobilių, kurių vidutinė dienos rida viršija 100 km Jų įmontuotų{5}}baterijų būklė per dvejus metus sumažėjo nuo 100 % naujų automobilių iki 85 %, o vidutinis metinis kritimas 7,5 %. Tačiau naujausias Tsinghua universiteto profesoriaus Ouyang Minggao komandos tyrimas atskleidė, kad dažnas ypač greitas įkrovimas, viršijantis 120 kW, gali sutrumpinti akumuliatoriaus veikimo laiką 40 %, palyginti su lėtu įkrovimu.
Nepaisant to, kai kurie tyrimai rodo, kad greito įkrovimo įtaka akumuliatoriaus veikimo trukmei nėra absoliuti. „Recurring Automatic“ atliktas stebėjimo tyrimas su dešimtimis tūkstančių „Teslas“ atskleidė, kad akumuliatoriaus veikimo trukmės skirtumas tarp greito ir lėto įkrovimo iš tikrųjų yra nereikšmingas. Net komercinio pasivažinėjimo-transporto priemonių, kurios greitai-įkraunamos 1–2 kartus per dieną, akumuliatoriaus keitimo ciklai yra panašūs į asmeninių automobilių. Tai daugiausia siejama su efektyviomis temperatūros valdymo sistemomis, kurios efektyviai sumažina neigiamą greito įkrovimo poveikį.
III. Techninės efektyvumo ir eksploatavimo trukmės subalansavimo strategijos
Siekdamos rasti pusiausvyrą tarp greito įkrovimo efektyvumo ir baterijos veikimo trukmės, pramonė ir įmonės priėmė keletą techninių strategijų.
Kalbant apie medžiagų naujoves, CATL itin greito įkrovimo technologijoje naudojama ultra-elektroninio tinklo katodo technologija ir antrosios-kartos grafito greitojo jonų žiedo anodo technologija, kuri dar labiau padidina elektrocheminės reakcijos efektyvumą ir įkrovimo efektyvumą. Ultra-elektronų tinklas su visiškai nanometrizuotu medžiagos paviršiumi sukuria gerai-sujungtą elektronų tinklą, žymiai pagerindamas katodo medžiagos atsako greitį į įkrovimo signalus ir ličio jonų desorbcijos greitį. Greitas jonų žiedas{7}}modifikuotas akytas dangos sluoksnis ant anodo medžiagos paviršiaus suteikia daug aktyvių ličio jonų mainų vietų, todėl labai padidėja ličio jonų krūvio mainų greitis ir įterpimo greitis.
Kurdama akumuliatoriaus struktūrą, profesoriaus Chao{0}}Yang Wang komanda sukūrė „viso-klimato“ akumuliatorių. Jie į akumuliatoriaus vidų įdėjo 50 -mikrometrų-storio nikelio foliją, kuri gali efektyviai įkaisti{10}}. Kai srovė įjungiama esant žemai temperatūrai, ji teka per nikelio foliją ir generuoja šilumą. Kai akumuliatoriaus vidinė temperatūra viršija 60 laipsnių, įjungiamas temperatūros jutiklis, kuris išjungia srovę, tekančią per nikelio foliją. Ši baterija gali savaime įkaisti iki 60 laipsnių per 30 sekundžių, nepakenkiant jos veikimui ir eksploatavimo trukmei esant normaliai temperatūrai. Šiam procesui nereikia išorinės šildymo įrangos pagalbos ar specialių priedų į elektrolitą.
Kalbant apie akumuliatoriaus šiluminio valdymo sistemas (BMS), kai kurie automobilių gamintojai pristatė „ypač greito įkrovimo apsaugos režimą“. Kai akumuliatoriaus įkrova yra mažesnė nei 20 %, įkrovimo galia ribojama iki 60 kW, kad būtų išvengta kai kurių akumuliatoriaus -gadinimo problemų. Kiti naudoja akumuliatoriaus išankstinio-kaitinimo technologiją, kuri 35 % pagerina greito įkrovimo efektyvumą esant -10 laipsnių aplinkai ir 30 % sumažina akumuliatoriaus nykimo greitį.
IV. Vartotojo naudojimo strategijos ir pramonės perspektyvos
Vartotojams pagrįstas greito įkrovimo naudojimas yra labai svarbus siekiant pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką. Pekino universiteto Naujų energetinių medžiagų ir technologijų laboratorijos direktorius profesorius Qilu pareiškė, kad automobilių savininkai turėtų apriboti itin greito įkrovimo dalį iki 40 proc. Kai leidžia laikas, kiek įmanoma reikia naudoti lėtą įkrovimą. Ypač greito{5}}įkrovimo reikėtų vengti, kai akumuliatoriaus įkrovimas mažesnis nei 10 % arba didesnis nei 90 %, nes naudojant itin-greitą įkrovimą šiame diapazone, baterija gali būti sugadinta.
Žvelgiant iš pramonės perspektyvos, naudodamiesi komercinio modelio naujovėmis, pvz., baterijų nuomos modeliu, automobilių gamintojai gali pereiti nuo „produktų pardavimo“ prie „paslaugų pardavimo“. Transporto priemonės-baterijų atskyrimo modelis gali sumažinti naudotojų jautrumą akumuliatoriaus garantijoms ir paskatinti įmones tobulinti greitojo įkrovimo technologijas.
Ateityje, nuolat tobulėjant technologijoms, pusiausvyra tarp greito įkrovimo efektyvumo ir ličio{0}}jonų akumuliatorių akumuliatoriaus veikimo trukmės bus dar labiau optimizuota. Tikimasi, kad atsiradus naujoms medžiagoms ir technologijoms, pvz., silicio-anodams ir kietojo-baterijoms, iš esmės bus išspręstos greitojo įkrovimo sukeltos naudojimo trukmės problemos. Be to, nuolat tobulinant pažangias temperatūros valdymo sistemas, dinamišką galios reguliavimą ir kitas technologijas, bus stipriau remiama ličio -jonų akumuliatorių įkrovimo technologijos revoliucija.
Šios įkrovimo technologijos revoliucijos metu ličio{0}}jonų baterijos palaipsniui juda prie tobulos efektyvumo ir eksploatavimo trukmės pusiausvyros. Pramonė ir įmonės turi nuolat kurti naujoves, o vartotojai taip pat turi jas pagrįstai naudoti, kad kartu skatintų tvarų naujų energetinių transporto priemonių pramonės vystymąsi.
