У тренутној ери снажног развоја индустрије нових енергетских возила, литијум{0}}јонске батерије, као основни извор напајања, суочавају се са критичним изазовом балансирања ефикасности пуњења и животног века. Са све већим захтевима потрошача за већим дометима вожње и већим брзинама пуњења, као и са фокусом тржишта на век трајања батерије и исплативост-е, технологија пуњења литијум-јонских батерија пролази кроз дубоку револуцију. Како осигурати високо{5}}ефикасно пуњење уз продужење животног века батерије постало је хитно питање које индустрија треба да реши.
И. Технологија брзог пуњења: покретачка снага за побољшање ефикасности
Последњих година је направљен значајан напредак у технологији брзог пуњења литијум{0}}јонских батерија. Узмите ЦАТЛ као пример. Његова „Схенкинг“ батерија за ултра-брзо пуњење је постигла ултра-брзину пуњења од „10-минутног пуњења за домет вожње од 400- километара“. Чак иу хладним окружењима на -10 степени, може да се напуни до 80% капацитета у року од 30 минута. У априлу 2024. ЦАТЛ је лансирао батерију Схенкинг ПЛУС, додатно повећавајући домет вожње на 1000 километара уз одржавање ултра-карактеристика ултра брзог пуњења пуњења до 60% капацитета у року од 10 минута. Поред тога, ЦАТЛ и САИЦ-ГМ су сарађивали како би представили 6Ц ултра-брзо пуњење литијум-гвоздено-фосфатне батерије, која се планира да се користи у унапређеној архитектури Ултиум квази-900В високонапонских батерија 2025. Ова батерија се може потпуно напунити у року од 10 минута, додајући домет вожње од 5 метара од 200 километара.
Истраживачки тим на челу са професором Цхао-Ианг Вангом са Државног универзитета Пенсилваније такође је постигао изузетна достигнућа. Открили су да ако се батерија може брзо загрејати на 60 степени пре пуњења, пунити брзом брзином током 10 минута, а затим брзо охладити на температуру околине, може се избећи термичка деградација батерије и може се спречити озбиљан раст међуфазног филма чврстог електролита (СЕИ). Након поновљених тестова, тим је спровео тестове изотермног пуњења на три типа батерија на 40 степени, 49 степени и 60 степени, користећи пуњење на 20 степени као контролу. Након тога, батерије су растављене да би се проверило да ли има литијум. Резултати су показали да је након 2500 циклуса екстремно брзог пуњења (6Ц, 4,2В) на 60 степени у трајању од 10 минута, батерија високе{16}}енергетске-густине капацитета 209 Вх/кг и даље задржала 91,7% свог капацитета, уз губитак од само 8,3% капацитета. Ово је далеко премашило циљ „500 циклуса, губитак капацитета 20%“ који је поставило Министарство енергетике САД (ДОЕ), а током процеса пуњења није примећено литијумско превлачење.
Брендови као што су КСПЕНГ и НИО такође су постигли напредак у ултра-брзом пуњењу. КСПЕНГ је лансирао свој С4 ултра-брзо пуњење, са максималном излазном снагом од 480 кВ и максималном излазном струјом од 670 А. Овај систем може да обезбеди домет вожње од 200-километара за аутомобил у року од 5 минута од пуњења. Према званичној изјави, 4Ц модел може да се напуни од 10% до 80% за мање од 15 минута, што се тврди да је најбржа масовна{18}}брзина пуњења електричних возила на свету. 3Ц модел је такође опремљен високонапонском платформом од 800 В, са максималном снагом пуњења од око 300 кВ. Може додати 130 километара домета у року од 5 минута од пуњења и напунити од 10% до 80% за 20 минута.
ИИ. Утицај брзог пуњења на животни век батерије
Иако технологија брзог пуњења у великој мери побољшава ефикасност пуњења, њен утицај на животни век батерије не може се занемарити. Током брзог пуњења, велика струја подстиче литијум јоне да се брзо уграде у аноду. Ако је контрола температуре неадекватна, метал литијум може да се таложи на површини аноде, формирајући дендрите који би потенцијално могли да пробуше сепаратор, што доводи до унутрашњих кратких спојева и убрзавања деградације перформанси батерије. Поред тога, топлота настала током брзог пуњења, ако се не распрши на време, може убрзати разлагање електролита и старење материјала електрода, скраћујући животни век батерије.
Истраживање је показало да је удео коришћења ултра-ултрабрзог пуњења за возаче чисто електричних возила са просечном дневном километражом већом од 100 километара,{0}} Степен здравља њихових-батерија за напајање пао је са 100% за нове аутомобиле на 85% у року од две године, са просечним годишњим падом од 7,5%. Међутим, најновије истраживање тима професора Оуианга Минггаоа на Универзитету Тсингхуа открило је да честа употреба ултра{10}}ултрабрзог пуњења изнад 120 кВ може скратити век трајања батерије за 40% у поређењу са спорим пуњењем.
Ипак, неке студије показују да утицај брзог пуњења на век трајања батерије није апсолутан. Студија праћења коју је спровео Рецурринг Аутоматиц на десетинама хиљада Тесла модела открила је да је разлика у животном веку батерије између брзог и спорог пуњења заправо занемарљива. Чак и за комерцијална возила-која се брзо -пуне 1-2 пута дневно, циклуси замене батерија су слични онима у приватним аутомобилима. Ово се углавном приписује ефикасним системима за контролу температуре који ефикасно ублажавају негативне утицаје брзог пуњења.
ИИИ. Техничке стратегије за балансирање ефикасности и животног века
Да би пронашли равнотежу између ефикасности брзог пуњења и животног века батерије, индустрија и предузећа су усвојили низ техничких стратегија.
Што се тиче иновација материјала, ЦАТЛ-ова ултра-технологија брзог пуњења користи ултра-технологију катоде електронске мреже и другу-генерацију анодне аноде са брзим јонским прстеном, чиме се додатно побољшава ефикасност електрохемијске реакције и ефикасност пуњења. Ултра-електронска мрежа, са својом потпуно нанометризованом површином материјала, конструише добро-повезану електронску мрежу, значајно побољшавајући брзину одговора катодног материјала на сигнале пуњења и брзину десорпције литијум јона. Брзи јонски прстен-модификовани порозни слој превлаке на површини анодног материјала обезбеђује обиље активних места за размену литијум јона, значајно повећавајући брзину размене наелектрисања литијум јона и брзину уградње.
У дизајну структуре батерије, тим професора Чао-Јанг Ванга развио је батерију за „све{1}}климатске услове. Убацили су никловану фолију од 50-микрометара-у унутрашњост батерије, која може ефикасно да се-загреје. Када се струја укључи на ниским температурама, она тече кроз никл фолију, стварајући топлоту. Када унутрашња температура батерије пређе 60 степени, сензор температуре се активира да искључи струју која тече кроз никл фолију. Ова батерија се може самозагрејати до 60 степени у року од 30 секунди без угрожавања перформанси и животног века на нормалним температурама. Овај процес не захтева помоћ спољне опреме за грејање или додавање специјалних адитива у електролит.
Када је реч о системима за управљање топлотом батерије (БМС), неки произвођачи аутомобила су увели „заштитни режим ултра-брзог пуњења“. Када је напуњеност батерије испод 20%, снага пуњења је ограничена на 60 кВ да би се избегли неки проблеми са{4}}оштећењем батерије. Други усвајају технологију пред{6}}загревања батерије, која побољшава ефикасност брзог пуњења за 35% у окружењима на -10 степени док смањује стопу трошења батерије за 30%.
ИВ. Стратегије коришћења корисника и перспективе индустрије
За кориснике, разумна употреба брзог пуњења је кључна за продужење животног века батерије. Професор Ћилу, директор Лабораторије за нове енергетске материјале и технологију на Универзитету у Пекингу, изјавио је да би власници аутомобила требало да ограниче удео ултра-употребе ултра брзог пуњења на 40%. Када време дозвољава, споро пуњење треба користити што је више могуће. Посебно, ултра-треба избегавати ултра-брзо пуњење када је напуњеност батерије испод 10% или изнад 90%, јер коришћење ултра-брзог пуњења у овом опсегу може да изазове веће оштећење батерије.
Из перспективе индустрије, кроз иновације комерцијалних модела, као што је усвајање модела лизинга батерија, произвођачи аутомобила могу да пређу са „продаје производа“ на „продају услуга“. Модел{1}}одвајања батерија возила може да смањи осетљивост корисника на гаранције за батерије, а истовремено подстиче предузећа да унапреде зрелост технологија брзог пуњења.
У будућности, са сталним технолошким напретком, равнотежа између ефикасности брзог пуњења и животног века батерије за литијум{0}јонске батерије ће бити додатно оптимизована. Очекује се да ће појава нових материјала и технологија, као што су аноде на бази силикона-и чврсте-батерије, суштински решити проблеме животног века изазване брзим пуњењем. Истовремено, континуирано унапређење интелигентних система за контролу температуре, динамичко подешавање снаге и друге технологије пружиће снажнију подршку за револуцију технологије пуњења литијум{5}}јонских батерија.
У овој револуцији технологије пуњења, литијум{0}јонске батерије се постепено крећу ка савршеној равнотежи између ефикасности и животног века. Индустрија и предузећа морају континуирано да иновирају, а корисници такође морају да их разумно користе како би заједнички промовисали одрживи развој индустрије нових енергетских возила.
