Perché i veicoli elettrici si ricaricano lentamente? Spiegazione dei limiti della batteria al litio

Uno dei maggiori ostacoli per gli acquirenti di veicoli elettrici (EV) è la velocità di ricarica. Nessuno vuole restare in una stazione lungo la strada per 40 minuti. Diamo uno sguardo più da vicino al motivo per cui i veicoli elettrici impiegano così tanto tempo per ricaricarsi e cosa si sta facendo per superare questo grave ostacolo all’adozione dei veicoli elettrici.

Quanto tempo impiega un veicolo elettrico per caricarsi?

Il tempo esatto necessario per caricare la batteria di un veicolo elettrico dipenderà dal punto di ricarica, dalla carica rimasta da riempire sul veicolo elettrico e da una miriade di fattori ambientali. Ad esempio, una Tesla Model 3 completamente scarica con la capacità maggiore ci vorranno dalle otto alle dodici ore per ricaricare a casa con un connettore ad alta potenza. Nel frattempo, una stazione Supercharger potrebbe fare lo stesso lavoro in 25-30 minuti.

I veicoli elettrici devono essere completamente carichi?

Una delle abitudini radicate negli automobilisti quando si parla di carburante è quella di effettuare il rabbocco fino al 100%. Con la benzina, questo ha senso, ma le batterie possono subire danni significativi quando vengono spinte a livelli estremi di capacità.

Potresti aver visto le funzionalità su computer portatili che danno priorità alla salute della batteria limitando la ricarica massima all'80%. Ora è pratica comune che i telefoni pianifichino le tariffe di ricarica in modo che raggiungano il 100% solo quando sei quasi per svegliarsi la mattina: in questo modo, la batteria non perde molto tempo a scoppiare energia.

Queste precauzioni hanno a che fare con la chimica della batteria. Come spieghiamo in la nostra guida alle batterie, funzionano spostando gli atomi di litio da un lato all'altro di una batteria. Gli elettroni non possono accompagnarsi durante il viaggio a causa di una barriera tra le due metà della batteria. Quindi, gli elettroni prendono la strada panoramica attraverso un circuito elettrico che alimenta i nostri dispositivi. Alla fine, gli elettroni si riuniscono con i loro compagni di litio perduti da tempo sull’altro lato della batteria.

Su entrambi i lati della batteria c'è un mezzo in cui nel frattempo gli ioni di litio possono rimanere. Quegli atomi di litio sono vitali per la stabilità strutturale dei mezzi in cui si trovano. Quando non c’è litio alle due estremità, quelle strutture subiscono un duro colpo, il che riduce la loro capacità di accogliere gli ioni di litio in futuro e, in ultima analisi, danneggia la capacità di ricarica. Una scarica profonda compromette la durata della batteria proprio come un sovraccarico per lo stesso motivo: stai privando un lato della batteria batteria di atomi di litio di cui i mezzi hanno bisogno per sostenere la struttura e ospitare più litio in futuro.

A causa dell’effetto che queste cariche estreme hanno sulla durata complessiva della batteria, i sistemi di gestione integrati nei veicoli elettrici sottodichiareranno la carica effettiva nella fascia bassa e riporteranno la carica effettiva nella fascia alta. Ciò protegge gli utenti dal danneggiare la salute a lungo termine delle loro batterie per il bene di un po’ più di potenza al momento. Quindi, anche se un veicolo elettrico dice che è al 100%, la batteria probabilmente ha ancora un buffer vuoto che garantisce di non compromettere la durata della batteria a lungo termine.

Perché i veicoli elettrici si ricaricano lentamente?

Se stai caricando una batteria quasi scarica, il primo 80% dura circa mezz'ora, mentre l'ultimo 20% impiega altrettanto tempo. Come discusso in precedenza, la durata complessiva della batteria è ridotta a causa del sovraccarico, quindi i punti di ricarica inizieranno a ridurre la potenza quando rilevano che la batteria è quasi carica.

Oltre a garantire che la batteria del tuo veicolo elettrico continui a funzionare a lungo termine, questo rallentamento è anche una misura di sicurezza. Quando le batterie diventano più calde, diventano più esplosive. Sì, i pacchi batteria sono dotati di strati di raffreddamento intrecciati al loro interno, ma non riescono a contrastare il calore generato dalla ricarica.

Come è possibile caricare più rapidamente un veicolo elettrico?

Al momento, il modo più veloce per ricaricare i veicoli elettrici è presso le stazioni di ricarica a corrente continua di livello 3. I Supercharger Tesla sono il nome più importante in quella categoria, ma esistono altre alternative ad alta velocità.

Con il miglioramento della tecnologia delle batterie, è probabile che anche i tempi di ricarica migliorino. I supercondensatori rappresentano un progresso promettente, poiché consentono ai veicoli di ricevere rapidamente una grande carica durante le fermate. Naturalmente, ciò dipende dall’installazione di stazioni di ricarica dedicate lungo i percorsi. I condensatori hanno anche una capacità energetica molto inferiore rispetto a una batteria vera e propria, quindi al massimo dovremmo considerare sistemi ibridi.

Il grafene è un materiale promettente cominciando a vedere nell’elettronica di consumo specializzato nella ricarica rapida. L’implementazione delle batterie per veicoli elettrici consentirà un miglioramento continuo dei tempi di ricarica senza la necessità di aggiornare l’infrastruttura. Anche se dipenderà dalla sostituzione della batteria, la tecnologia fondamentale della batteria non cambierebbe molto oltre allo scambio del grafene come uno dei componenti principali.

Le batterie a stato solido rappresentano un cambiamento molto più drammatico nella tecnologia delle batterie. Questi sono stati oggetto di ricerca per anni e, sebbene debbano ancora sfondare davvero sul mercato, la promessa è grande. Le batterie a stato solido sono leggere e stabili, il che significa che sarebbero in grado di accettare una ricarica più rapida senza i pericoli di surriscaldamento come vediamo nelle batterie tradizionali con elettroliti liquidi.

Si spera che questo spieghi alcune delle sfide relative ai tempi di ricarica dei veicoli elettrici. L'attesa è scomoda, ma mantiene le batterie funzionanti più a lungo e fornisce una rete di sicurezza. Nel prossimo futuro, è probabile che i miglioramenti alla batteria ridurranno i tempi di ricarica dei veicoli elettrici.

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