Varför laddas elbilar långsamt? Litiumbatteriets gränser förklaras

Ett av de största hindren för köpare av elfordon är laddningshastigheten. Ingen vill hänga runt en vägkantsstation i 40 minuter. Låt oss ta en närmare titt på varför elbilar tar så lång tid att fylla på, och vad som görs för att övervinna detta stora hinder för att använda elbilar.

Hur lång tid tar det för en elbil att ladda?

Den exakta tiden det tar att ladda ett EV-batteri beror på laddningspunkten, laddningen som återstår att fylla på EV: n och en myriad av miljöfaktorer. Till exempel en helt utarmad Tesla Model 3 med störst kapacitet skulle ta åtta till 12 timmar att ladda hemma med en kraftfull kontakt. Under tiden kunde en Supercharger-station göra samma jobb på 25 till 30 minuter.

Behöver elbilar vara fulladdade?

En av förarnas vanor när det kommer till bränsle är att fylla på till 100 %. Med bensin är detta vettigt, men batterier kan ta betydande skada när de pressas till de ytterligheter i kapacitet.

Du kanske har sett funktioner på bärbara datorer som prioriterar batteriets hälsa genom att begränsa maximal laddning till 80 %. Det är vanligt nu för telefoner att schemalägga laddningshastigheter så att de bara når 100 % när du är ungefär att vakna på morgonen — på så sätt spenderar inte batteriet mycket tid på att spricka i sömmarna med kraft.

Dessa försiktighetsåtgärder har att göra med batterikemi. Som vi förklarar i vår guide till batterier, fungerar de genom att flytta litiumatomer från en sida av ett batteri till en annan. Elektronerna kan inte följa med på resan på grund av en barriär mellan de två batterihalvorna. Så, elektronerna tar den natursköna vägen genom en elektrisk krets som driver våra enheter. Så småningom återförenas elektronerna med sina sedan länge förlorade litiumkompisar på andra sidan av batteriet.

På vardera sidan av batteriet finns ett medium där dessa litiumjoner kan hänga ut under tiden. Dessa litiumatomer är avgörande för den strukturella stabiliteten hos de medier de vistas i. När det inte finns något litium alls i någon ände får dessa strukturer en stor träff, vilket minskar deras förmåga att ta emot litiumjoner i framtiden och i slutändan skadar laddningskapaciteten. En djupurladdning skadar batteritiden precis som en överladdning av samma anledning: du berövar ena sidan av batteri av litiumatomer medierna behöver för att stödja strukturen och rymma mer litium i framtiden.

På grund av effekten av dessa extrema batteriladdningar på den totala livslängden, kommer hanteringssystem inbyggda i elbilar att underrapportera faktisk laddning i den lägre delen och överrapportera laddningen i den högre delen. Detta skyddar användare från att skada den långsiktiga hälsan hos deras batterier för att få lite mer kraft i stunden. Så även om en elbil säger att den är på 100 %, har batteriet förmodligen fortfarande en tom buffert som säkerställer att du inte skadar den långsiktiga batteritiden.

Varför laddas elbilar långsamt?

Om du laddar ett mestadels urladdat batteri går de första 80 % på ungefär en halvtimme, medan de sista 20 % tar lika lång tid. Som vi diskuterade ovan är den totala batteritiden försvagad på grund av överladdning, så laddningspunkter kommer att börja minska uteffekten när de upptäcker att batteriet nästan är fullt.

Förutom att se till att ditt elbilsbatteri fortsätter att fungera under lång tid, är denna nedgång också en säkerhetsåtgärd. När batterierna blir varmare blir de mer exploderande. Ja, batteripaket har kyllager vävda genom dem, men de kommer bara att gå så långt för att motverka värmen som genereras av laddning.

Hur kan en elbil laddas snabbare?

Just nu är det snabbaste sättet för elbilar att laddas vid nivå 3 likströmsladdningsstationer. Tesla Superchargers är det stora namnet i den kategorin, men det finns andra höghastighetsalternativ.

När batteritekniken förbättras kommer vi sannolikt att se laddningstiderna bli bättre också. Superkondensatorer är ett lovande framsteg som gör att fordon snabbt kan ta emot en stor laddning samtidigt som de stannar. Det beror naturligtvis på att dedikerade laddstationer installeras längs vägarna. Kondensatorer har också en mycket mindre energikapacitet än ett riktigt batteri, så som mest skulle vi titta på hybridsystem.

Grafen är ett lovande material vi är börjar se i hemelektronik som specialiserat sig på snabbladdning. Att skala upp till elbilsbatterier ger en sömlös förbättring av laddningstider utan att behöva uppgradera infrastrukturen. Även om det kommer att bero på batteribyten, skulle den grundläggande batteritekniken inte förändras mycket utöver att byta in grafen som en av huvudkomponenterna.

Solid-state-batterier är ett mycket mer dramatiskt skifte inom batteriteknik. Dessa har varit ett mål för forskning i åratal, och även om de ännu inte riktigt har slagit igenom på marknaden är löftet stort. Solid-state-batterier är lätta och stabila, vilket innebär att de skulle kunna acceptera en snabbare laddning utan riskerna med överhettning som vi ser bland traditionella batterier med flytande elektrolyter.

Förhoppningsvis förklarar det några av utmaningarna kring laddningstider för elbilar. Väntan är obekväm, men det håller batterierna igång längre och ger ett skyddsnät. Inom en snar framtid kommer batteriförbättringar sannolikt att minska laddningstiderna för elbilar.

Redaktörens rekommendationer

• De bästa EV-laddare för hemmet nivå 2
• EV vs. PHEV vs. hybrid: Vad är skillnaden?
• Mercedes EV-laddnav kommer till Nordamerika i slutet av decenniet
• De bästa laddningsapparna för elbilar hjälper dig att hitta rätt station för vilken elbil som helst
• Är elbilar dyrare än bensinbilar? Det är komplicerat

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.