Pašreizējā jauno enerģijas transportlīdzekļu nozares enerģiskās attīstības laikmetā litija{0}}jonu akumulatori kā galvenais enerģijas avots saskaras ar kritisku izaicinājumu, proti, līdzsvarot uzlādes efektivitāti un kalpošanas laiku. Patērētāju pieaugošajām prasībām pēc garākiem braukšanas attālumiem un ātrākiem uzlādes ātrumiem, kā arī tirgus fokusam uz akumulatora darbības ilgumu un izmaksu-efektivitāti, litija-jonu akumulatoru uzlādes tehnoloģija piedzīvo pamatīgu revolūciju. Kā nodrošināt augstas-efektivitātes uzlādi, vienlaikus pagarinot akumulatora darbības laiku, ir kļuvis par steidzamu problēmu, kas nozarei jārisina.
I. Ātrās uzlādes tehnoloģija: efektivitātes uzlabošanas dzinējspēks
Pēdējos gados ir panākts ievērojams progress litija{0}}jonu akumulatoru ātrās uzlādes tehnoloģijā. Kā piemēru ņemiet CATL. Tā "Shenxing" īpaši ātrās uzlādes akumulators ir sasniedzis īpaši-ātru uzlādes ātrumu "10-minūšu uzlāde 400-km brauciena attālumā". Pat aukstā vidē ar -10 grādiem tas var uzlādēt līdz 80% no jaudas 30 minūšu laikā. 2024. gada aprīlī CATL laida klajā Shenxing PLUS akumulatoru, vēl vairāk palielinot braukšanas diapazonu līdz 1000 kilometriem, vienlaikus saglabājot īpaši -ātro uzlādes īpašību, kas ļauj uzlādēt līdz 60% no jaudas 10 minūšu laikā. Turklāt CATL un SAIC-GM ir sadarbojušies, lai ieviestu 6C īpaši ātri uzlādējamu litija dzelzs fosfāta akumulatoru, ko plānots izmantot uzlabotajā Ultium kvazi-900 V augstsprieguma akumulatoru arhitektūrā 2025. gadā. Šo akumulatoru var pilnībā uzlādēt 10 minūšu laikā, palielinot braukšanas diapazonu 200 minūšu laikā.
Pensilvānijas štata universitātes profesora Čao{0}}Janga Vanga vadītā pētnieku grupa arī ir panākusi ievērojamus sasniegumus. Viņi atklāja, ka, ja akumulatoru pirms uzlādes var ātri uzsildīt līdz 60 grādiem, ātri uzlādēt 10 minūtes un pēc tam ātri atdzesēt līdz apkārtējās vides temperatūrai, var izvairīties no akumulatora termiskās degradācijas un var novērst nopietnu cietās elektrolīta starpfāzes (SEI) plēves augšanu. Pēc atkārtotām pārbaudēm komanda veica izotermiskās uzlādes testus trīs veidu jaudas akumulatoriem 40 grādu, 49 grādu un 60 grādu leņķī, kā kontroli izmantojot 20 grādu uzlādi. Pēc tam baterijas tika izjauktas, lai pārbaudītu litija pārklājumu. Rezultāti parādīja, ka pēc 2500 ļoti ātras uzlādes cikliem (6 C, 4,2 V) 60 grādos 10 minūtes augsta{16}}enerģijas-blīvuma akumulators ar jaudu 209 Wh/kg joprojām saglabāja 91,7% no savas ietilpības un tikai 8,3% jaudas zuduma. Tas ievērojami pārsniedza ASV Enerģētikas departamenta (DOE) noteikto "500 ciklu, 20% jaudas zuduma" mērķi, un uzlādes procesā netika novērota litija pārklājums.
Tādi zīmoli kā XPENG un NIO ir sasnieguši arī sasniegumus īpaši ātrās uzlādes jomā. XPENG laida klajā savu S4 īpaši ātrās uzlādes kaudzi ar maksimālo izejas jaudu 480 kW un maksimālo izejas strāvu 670 A. Šī sistēma var nodrošināt 200 -kilometru nobraukumu automašīnai 5 minūšu laikā pēc uzlādes. Saskaņā ar oficiālo paziņojumu, 4C modelis var uzlādēt no 10% līdz 80% mazāk nekā 15 minūtēs, kas tiek uzskatīts par ātrāko masveidā ražoto elektrisko transportlīdzekļu uzlādes ātrumu pasaulē. 3C modelis ir aprīkots arī ar 800 V augstsprieguma platformu, kuras maksimālā uzlādes jauda ir aptuveni 300 kW. Tas var palielināt braukšanas diapazonu 130 kilometrus 5 minūšu laikā pēc uzlādes un uzlādēt no 10% līdz 80% 20 minūtēs.
II. Ātrās uzlādes ietekme uz akumulatora darbības laiku
Lai gan ātrās uzlādes tehnoloģija ievērojami uzlabo uzlādes efektivitāti, nevar ignorēt tās ietekmi uz akumulatora darbības laiku. Ātrās uzlādes laikā liela strāva liek litija joniem ātri iekļauties anodā. Ja temperatūras kontrole nav pietiekama, litija metāls var nogulsnēties uz anoda virsmas, veidojot dendritus, kas potenciāli var caurdurt separatoru, izraisot iekšējus īssavienojumus un paātrinot akumulatora darbības pasliktināšanos. Turklāt ātrās uzlādes laikā radītais siltums, ja tas netiek savlaicīgi izkliedēts, var paātrināt elektrolīta sadalīšanos un elektrodu materiālu novecošanos, saīsinot akumulatora cikla kalpošanas laiku.
Aptauja parādīja, ka elektrisko transportlīdzekļu, kuru vidējais nobraukums dienā ir lielāks par 100 kilometriem, braukšanas-salīdzināšana, īpaši ātrās uzlādes izmantošanas daļa pārsniedza 70%. Viņu iebūvēto -barošanas akumulatoru veselības līmenis samazinājās no 100% jaunām automašīnām līdz 85% divu gadu laikā ar vidējo gada kritumu par 7,5%. Tomēr jaunākie pētījumi, ko veica profesora Ouyang Minggao komanda Tsinghua Universitātē, atklāja, ka bieža īpaši ātra uzlāde, kas pārsniedz 120 kW, var saīsināt akumulatora darbības laiku par 40%, salīdzinot ar lēnu uzlādi.
Tomēr daži pētījumi liecina, ka ātras uzlādes ietekme uz akumulatora darbības laiku nav absolūta. Izsekošanas pētījums, ko Recurring Automatic veica desmitiem tūkstošu Teslas, atklāja, ka akumulatora darbības ilguma atšķirība starp ātro un lēno uzlādi patiesībā ir niecīga. Pat komerctransporta-automobiļiem, kuri tiek ātri-uzlādēti 1–2 reizes dienā, to akumulatoru nomaiņas cikls ir līdzīgs privāto automašīnu akumulatoru nomaiņas cikliem. Tas galvenokārt ir saistīts ar efektīvajām temperatūras kontroles sistēmām, kas efektīvi mazina ātrās uzlādes negatīvo ietekmi.
III. Tehniskās stratēģijas efektivitātes un mūža līdzsvarošanai
Lai atrastu līdzsvaru starp ātrās uzlādes efektivitāti un akumulatora darbības laiku, nozare un uzņēmumi ir pieņēmuši virkni tehnisko stratēģiju.
Attiecībā uz materiālu jauninājumiem CATL īpaši ātrās uzlādes tehnoloģijā tiek izmantota ultra-elektronu tīkla katoda tehnoloģija un otrās-paaudzes grafīta ātrā jonu gredzena anoda tehnoloģija, kas vēl vairāk uzlabo elektroķīmiskās reakcijas efektivitāti un uzlādes efektivitāti. Ultra-elektronu tīkls ar pilnībā nanometrizētu materiāla virsmu veido labi-savienotu elektronu tīklu, ievērojami uzlabojot katoda materiāla reakcijas ātrumu uz uzlādes signāliem un litija jonu desorbcijas ātrumu. Ātrais jonu gredzens{7}}modificēts porains pārklājuma slānis uz anoda materiāla virsmas nodrošina bagātīgas aktīvās vietas litija jonu apmaiņai, ievērojami palielinot litija jonu lādiņa apmaiņas ātrumu un iegulšanas ātrumu.
Akumulatora struktūras projektēšanā profesora Čao-Jang Vanga komanda izstrādāja akumulatoru, kas atbilst visiem klimatiskajiem apstākļiem. Viņi akumulatorā ievietoja 50 -mikrometrus-biezu niķeļa foliju, kas spēj efektīvi paši{10}}silt. Kad strāva tiek ieslēgta zemā temperatūrā, tā plūst cauri niķeļa folijai, radot siltumu. Kad akumulatora iekšējā temperatūra pārsniedz 60 grādus, temperatūras sensors tiek aktivizēts, lai izslēgtu strāvu, kas plūst caur niķeļa foliju. Šis akumulators var uzkarst līdz 60 grādiem 30 sekunžu laikā, nesamazinot tā veiktspēju un kalpošanas laiku normālā temperatūrā. Šim procesam nav nepieciešama ārēju apkures iekārtu palīdzība vai īpašu piedevu pievienošana elektrolītam.
Runājot par akumulatoru siltuma pārvaldības sistēmām (BMS), daži autoražotāji ir ieviesuši "īpaši{0}}ātrās uzlādes aizsardzības režīmu". Ja akumulatora uzlādes līmenis ir mazāks par 20%, uzlādes jauda ir ierobežota līdz 60 kW, lai izvairītos no dažām akumulatora{4}}bojāšanas problēmām. Citās ierīcēs tiek izmantota akumulatora priekšsildīšanas tehnoloģija, kas par 35% uzlabo ātrās uzlādes efektivitāti vidē ar -10 grādiem, vienlaikus samazinot akumulatora samazināšanās ātrumu par 30%.
IV. Lietotāju lietošanas stratēģijas un nozares perspektīva
Lietotājiem saprātīga ātrās uzlādes izmantošana ir ļoti svarīga, lai pagarinātu akumulatora darbības laiku. Profesors Qilu, Pekinas Universitātes Jauno enerģijas materiālu un tehnoloģiju laboratorijas direktors, norādīja, ka automašīnu īpašniekiem ir jāierobežo īpaši ātrās uzlādes īpatsvars līdz 40%. Kad laiks atļauj, pēc iespējas vairāk jāizmanto lēna uzlāde. Īpaši -jāizvairās no īpaši ātras uzlādes, ja akumulatora uzlādes līmenis ir mazāks par 10% vai virs 90%, jo īpaši ātrās uzlādes izmantošana šajā diapazonā var izraisīt lielāku akumulatora bojājumu.
No nozares viedokļa, izmantojot komerciālā modeļa jauninājumus, piemēram, akumulatoru līzinga modeli, autoražotāji var pāriet no “produktu pārdošanas” uz “pakalpojumu pārdošanu”. Transportlīdzekļa-akumulatoru atdalīšanas modelis var samazināt lietotāju jutīgumu pret akumulatoru garantijām, vienlaikus mudinot uzņēmumus uzlabot ātrās uzlādes tehnoloģiju gatavību.
Nākotnē, nepārtraukti attīstoties tehnoloģijām, līdzsvars starp ātrās uzlādes efektivitāti un litija{0}}jonu akumulatoru akumulatora darbības ilgumu tiks vēl vairāk optimizēts. Paredzams, ka jaunu materiālu un tehnoloģiju, piemēram, silīcija-anodu un cietvielu-akumulatoru parādīšanās būtiski atrisinās ātrās uzlādes izraisītās dzīves ilguma problēmas. Tajā pašā laikā nepārtraukta inteliģento temperatūras kontroles sistēmu, dinamiskās jaudas regulēšanas un citu tehnoloģiju uzlabošana sniegs spēcīgāku atbalstu litija -jonu akumulatoru uzlādes tehnoloģiju revolūcijai.
Šajā uzlādes tehnoloģiju revolūcijā litija{0}}jonu akumulatori pakāpeniski virzās uz perfektu līdzsvaru starp efektivitāti un kalpošanas laiku. Nozarei un uzņēmumiem ir nepārtraukti jāievieš jauninājumi, un lietotājiem tie arī saprātīgi jāizmanto, lai kopīgi veicinātu jaunu enerģijas transportlīdzekļu nozares ilgtspējīgu attīstību.
