Защо електромобилите се зареждат бавно? Обяснени ограничения за литиевата батерия

Една от най-големите бариери за купувачите на електрически превозни средства (EV) е скоростта на зареждане. Никой не иска да се мотае около крайпътна станция за 40 минути. Нека да разгледаме по-подробно защо зареждането на електромобилите отнема толкова време и какво се прави, за да се преодолее това голямо препятствие пред приемането на електромобили.

Колко време отнема зареждането на EV?

Точното време, необходимо за зареждане на EV батерия, ще зависи от точката на зареждане, заряда, който остава за зареждане на EV, и безброй фактори на околната среда. Например, напълно изтощен Tesla Model 3 с най-голям капацитет ще отнеме осем до 12 часа за зареждане у дома с конектор с висока мощност. Междувременно станцията Supercharger може да свърши същата работа за 25 до 30 минути.

Трябва ли електромобилите да бъдат напълно заредени?

Един от навиците, вкоренен в шофьорите, когато става въпрос за гориво, е доливането до 100%. С бензина това има смисъл, но батериите могат да понесат значителни щети, когато са изтласкани до тези крайности в капацитета.

Може да сте виждали функции на лаптопи които дават приоритет на здравето на батерията, като ограничават максималното зареждане на 80%. Сега е обичайна практика телефоните да планират нивата на зареждане, така че да достигат 100% само когато сте на път да се събудите сутрин - по този начин батерията няма да прекарва много време в пукане по шевовете с мощност.

Тези предпазни мерки са свързани с химията на батерията. Както обясняваме в нашето ръководство за батериите, те работят чрез преместване на литиеви атоми от едната страна на батерията към другата. Електроните не могат да дойдат за пътуването поради преграда между двете половини на батерията. И така, електроните поемат по живописния път през електрическа верига, която захранва нашите устройства. В крайна сметка електроните се събират отново със своите отдавна изгубени литиеви приятели от другата страна на батерията.

От двете страни на батерията има среда, където тези литиеви йони могат да висят междувременно. Тези литиеви атоми са жизненоважни за структурната стабилност на средата, в която се намират. Когато изобщо няма литий в двата края, тези структури понасят голям удар, което намалява способността им да приемат литиеви йони в бъдеще и в крайна сметка вреди на капацитета за зареждане. Дълбокото разреждане вреди на живота на батерията точно като презареждането по същата причина: Вие лишавате едната страна от батерия от литиеви атоми, от които средата се нуждае, за да поддържа структурата и да поеме повече литий в бъдеще.

Поради ефекта, който тези екстремни зареждания на батерията имат върху цялостния живот, системите за управление, вградени в електромобилите, ще отчитат под действителния заряд в ниския край и ще отчитат надценен заряд в горния край. Това предпазва потребителите от увреждане на дългосрочното здраве на техните батерии в името на малко повече мощност в момента. Така че дори ако EV каже, че е на 100%, батерията вероятно все още има празен буфер, който гарантира, че няма да навредите на дългосрочния живот на батерията.

Защо електромобилите се зареждат бавно?

Ако зареждате почти изтощена батерия, първите 80% изминават за около половин час, докато последните 20% отнемат също толкова време. Както обсъдихме по-горе, общият живот на батерията е забавен поради презареждане, така че точките за зареждане ще започнат да намаляват мощността, когато открият, че батерията е почти пълна.

Освен че гарантира, че вашата EV батерия продължава да работи на дълги разстояния, това забавяне е и мярка за безопасност. Когато батериите станат по-горещи, те експлодират повече. Да, батерийните пакети имат вплетени охлаждащи слоеве, но те ще стигнат само толкова далеч, че да противодействат на топлината, генерирана от зареждането.

Как EV може да се зарежда по-бързо?

В момента най-бързият начин за зареждане на електромобили е в зарядни станции за постоянен ток от ниво 3. Tesla Superchargers са голямото име в тази категория, но има и други високоскоростни алтернативи.

Тъй като технологията на батериите се подобрява, е вероятно времето за зареждане също да се подобрява. Суперкондензаторите са обещаващ напредък, позволяващ на превозните средства да получават голям заряд бързо, докато спират. Разбира се, това зависи от специалните станции за зареждане, инсталирани по маршрутите. Кондензаторите също имат много по-малък енергиен капацитет от правилната батерия, така че най-много ще гледаме хибридни системи.

Графенът е обещаващ материал, който ние сме започва да вижда в потребителската електроника който е специализиран в бързото зареждане. Мащабирането до EV батерии ще осигури безпроблемно подобрение на времето за зареждане, без да е необходимо надграждане на инфраструктурата. Въпреки че ще зависи от смяната на батерията, основната технология на батерията няма да се промени много отвъд смяната на графен като един от основните компоненти.

Твърдите батерии са много по-драматична промяна в технологията на батериите. Те са обект на изследвания от години и въпреки че все още не са пробили наистина на пазара, обещанието е страхотно. Батериите в твърдо състояние са леки и стабилни, което означава, че ще могат да приемат по-бързо зареждане без опасността от прегряване, както виждаме сред традиционните батерии с течни електролити.

Надяваме се, че това обяснява някои от предизвикателствата около времето за зареждане на електромобилите. Чакането е неудобно, но поддържа батериите да работят по-дълго и осигурява предпазна мрежа. В близко бъдеще подобренията на батерията вероятно ще намалят времето за зареждане на EV.

Препоръки на редакторите

• Най-добрите домашни EV зарядни устройства от ниво 2
• EV срещу. PHEV срещу. хибрид: Каква е разликата?
• Хъбовете за зареждане на електромобили Mercedes идват в Северна Америка до края на десетилетието
• Най-добрите приложения за зареждане на EV ви помагат да намерите правилната станция за всеки електрически автомобил
• Електромобилите по-скъпи ли са от колите на газ? Сложно е

Надградете начина си на животDigital Trends помага на читателите да следят забързания свят на технологиите с всички най-нови новини, забавни ревюта на продукти, проницателни редакционни статии и единствени по рода си кратки погледи.