Praegusel ajastul, mil uute energiasõidukite tööstusharu jõuliselt areneb, seisavad liitium-ioonakud kui põhitoiteallikas silmitsi kriitilise väljakutsega tasakaalustada laadimistõhusust ja eluiga. Seoses tarbijate kasvavate nõudlustega pikemate sõidukauguste ja kiiremate laadimiskiiruste järele ning turu keskendumisega aku tööeale ja kuluefektiivsusele- on liitium-ioonakude laadimistehnoloogia läbimas põhjalikku revolutsiooni. Tõhusa-laadimise tagamine ja aku eluea pikendamine on muutunud kiireloomuliseks probleemiks, millega tööstus peab tegelema.
I. Kiirlaadimistehnoloogia: tõhususe suurendamise tõukejõud
Viimastel aastatel on liitium{0}}ioonakude kiirlaadimistehnoloogias tehtud olulisi edusamme. Võtke näiteks CATL. Selle "Shenxing" ülikiire laadimisaku-on saavutanud ülikiire laadimiskiiruse "10-minutiline laadimine 400-kilomeetrise sõiduulatuse jaoks". Isegi külmas keskkonnas -10 kraadi juures suudab see 30 minutiga laadida 80% võimsusest. 2024. aasta aprillis tõi CATL turule Shenxing PLUS aku, suurendades sõiduulatust veelgi 1000 kilomeetrini, säilitades samal ajal ülikiire laadimisomaduse, mille kohaselt laaditakse 60% võimsusest 10 minutiga. Lisaks on CATL ja SAIC-GM teinud koostööd, et tutvustada 6C ülikiire laadimisega liitiumraudfosfaatakut, mida plaanitakse kasutada uuendatud Ultiumi kvaasi-900 V kõrgepingeaku arhitektuuris 2025. aastal. Seda akut saab täis laadida 10 minutiga, mis suurendab 200 kilomeetrit sõiduulatust.
Märkimisväärseid saavutusi on teinud ka Pennsylvania osariigi ülikooli professor Chao{0}}Yang Wangi juhitud uurimisrühm. Nad leidsid, et kui akut saab enne laadimist kiiresti 60 kraadini soojendada, 10 minutit kiiresti laadida ja seejärel kiiresti ümbritseva temperatuurini jahutada, saab vältida aku termilist lagunemist ja vältida tahke elektrolüüdi interfaasi (SEI) kile tõsist kasvu. Pärast korduvaid katseid viis töörühm läbi isotermilise laadimise katsed kolme tüüpi akudega 40 kraadi, 49 kraadi ja 60 kraadi juures, kasutades kontrollina laadimist 20 kraadi juures. Seejärel võeti akud lahti, et kontrollida liitiumkatte olemasolu. Tulemused näitasid, et pärast 2500 ülikiirlaadimise tsüklit (6C, 4,2 V) 60 kraadi juures 10 minutit säilitas suure{16}}energiatihedusega-aku mahutavusega 209 Wh/kg siiski 91,7% oma mahust ja võimsuse vähenemine oli vaid 8,3%. See ületas kaugelt USA energeetikaministeeriumi (DOE) seatud eesmärgi "500 tsüklit, 20% võimsuse kadu" ja laadimise ajal ei täheldatud liitiumkatmist.
Sellised kaubamärgid nagu XPENG ja NIO on saavutanud läbimurde ka ülikiire laadimise alal. XPENG tõi turule oma S4 ülikiire laadimiskuhja, mille maksimaalne väljundvõimsus on 480 kW ja maksimaalne väljundvool 670 A. See süsteem suudab 5 minuti jooksul pärast laadimist pakkuda autole 200{14}}kilomeetrist sõiduulatust. Ametliku avalduse kohaselt suudab 4C mudel laadida 10%-lt 80%-ni vähem kui 15 minutiga, mis on väidetavalt suurim masstoodetud elektrisõidukite laadimiskiirus maailmas. 3C mudel on varustatud ka 800 V kõrgepingeplatvormiga, mille tippvõimsus on umbes 300 kW. See võib lisada 130 kilomeetrit sõiduulatust 5 minuti jooksul pärast laadimist ja laadida 10% kuni 80% 20 minutiga.
II. Kiirlaadimise mõju aku elueale
Kuigi kiirlaadimistehnoloogia parandab oluliselt laadimise tõhusust, ei saa ignoreerida selle mõju aku elueale. Kiirlaadimise ajal sunnib suur vool liitiumioonid kiiresti anoodile kinnituma. Kui temperatuuri reguleerimine on ebapiisav, võib liitiummetall ladestuda anoodi pinnale, moodustades dendriite, mis võivad separaatori läbi torgata, põhjustades sisemisi lühiseid ja kiirendades aku jõudluse halvenemist. Lisaks võib kiirlaadimisel tekkiv soojus, kui seda õigel ajal ei haju, kiirendada elektrolüüdi lagunemist ja elektroodide materjalide vananemist, lühendades aku tsükli eluiga.
Uuring näitas, et puhtelektri{0}}sõidukijuhtidel, kelle keskmine päevane läbisõit ületab 100 kilomeetrit, ületas üli-kiirlaadimise osakaal 70%. Nende pardaakude töövõime langes kahe aastaga 100%-lt uute autode puhul 85%-le, kusjuures aasta keskmine langus on 7,5%. Tsinghua ülikooli professori Ouyang Minggao töörühma uusimad uuringud näitasid aga, et ülikiire laadimise sagedane kasutamine üle 120 kW võib lühendada aku tööiga 40% võrreldes aeglase laadimisega.
Sellegipoolest näitavad mõned uuringud, et kiirlaadimise mõju aku elueale ei ole absoluutne. Recurring Automaticu läbi viidud jälgimisuuring kümnete tuhandete Teslade kohta leidis, et erinevus aku kasutusea vahel kiirlaadimise ja aeglase laadimise vahel on tegelikult tühine. Isegi kommertssõidu-sõidukitel, mida kiirlaaditakse-1–2 korda päevas, on nende akuvahetustsüklid sarnased eraautode omadega. See on peamiselt tingitud tõhusatest temperatuurikontrollisüsteemidest, mis leevendavad tõhusalt kiirlaadimise negatiivseid mõjusid.
III. Tehnilised strateegiad tõhususe ja eluea tasakaalustamiseks
Tasakaalu leidmiseks kiire laadimise tõhususe ja aku eluea vahel on tööstus ja ettevõtted kasutusele võtnud rea tehnilisi strateegiaid.
Mis puutub materjaliuuendusse, siis CATL-i ülikiire laadimistehnoloogia kasutab üli-elektronvõrgu katoodtehnoloogiat ja teise-põlvkonna grafiidist kiiret ioonrõngaanoodi tehnoloogiat, mis suurendab veelgi elektrokeemilise reaktsiooni ja laadimise tõhusust. Ultra-elektronide võrk oma täielikult nanomeetrilise materjalipinnaga loob hästi-ühendatud elektronide võrgu, parandades oluliselt katoodmaterjali reageerimiskiirust laadimissignaalidele ja liitiumioonide desorptsioonikiirust. Kiire ioonrõngas{7}}modifitseeritud poorne kattekiht anoodimaterjali pinnal pakub ohtralt aktiivseid kohti liitiumioonivahetuseks, suurendades oluliselt liitiumioonide laengu vahetuskiirust ja manustamiskiirust.
Aku struktuuri kujundamisel töötas professor Chao{0}}Yang Wangi meeskond välja „kõik-kliimaga” aku. Nad sisestasid aku sisse 50{4}}mikromeetri-paksuse nikkelfooliumi, mis suudab tõhusalt ise{10}}soojeneda. Kui vool on madalatel temperatuuridel sisse lülitatud, voolab see läbi nikkelfooliumi, tekitades soojust. Kui aku sisetemperatuur ületab 60 kraadi, käivitub temperatuuriandur, et nikkelfooliumi kaudu voolav vool välja lülitada. See aku kuumeneb ise 60 kraadini 30 sekundi jooksul, ilma et see kahjustaks selle jõudlust ja eluiga tavatemperatuuril. See protsess ei vaja väliste kütteseadmete abi ega elektrolüüdile spetsiaalsete lisandite lisamist.
Aku soojusjuhtimissüsteemide (BMS) osas on mõned autotootjad kasutusele võtnud ülikiire{0}}laadimise kaitserežiimi. Kui aku laetus on alla 20%, on laadimisvõimsus piiratud 60 kW-ni, et vältida mõningaid aku{4}}kahjustavaid probleeme. Teised kasutavad aku eelsoojendustehnoloogiat, mis parandab kiire laadimise efektiivsust 35% -10 kraadi juures, vähendades samal ajal aku lagunemise määra 30%.
IV. Kasutajate kasutusstrateegiad ja tööstuse väljavaade
Kasutajate jaoks on aku eluea pikendamiseks ülioluline kiirlaadimise mõistlik kasutamine. Pekingi ülikooli uute energiamaterjalide ja tehnoloogia laboratooriumi direktor professor Qilu märkis, et autoomanikud peaksid piirama ülikiire laadimise osakaalu 40% piires. Kui aega lubab, tuleks võimalikult palju kasutada aeglast laadimist. Eelkõige tuleks ülikiirlaadimist vältida, kui aku laetus on alla 10% või üle 90%, kuna ülikiirlaadimise kasutamine selles vahemikus võib akut rohkem kahjustada.
Tööstusharu vaatenurgast saavad autotootjad kommertsmudelite uuenduste (nt aku liisingumudeli kasutuselevõtu) kaudu üle minna "toodete müümiselt" "teenuste müügile". Sõiduki-akude eraldamise mudel võib vähendada kasutajate tundlikkust aku garantiide suhtes, ajendades samal ajal ettevõtteid parandama kiirlaadimistehnoloogiate küpsust.
Tulevikus optimeeritakse tänu pidevale tehnoloogilisele arengule tasakaal liitium{0}}ioonakude kiire laadimise tõhususe ja aku eluea vahel. Uute materjalide ja tehnoloogiate, nagu räni-põhised anoodid ja tahkis-akud, esilekerkimine eeldatavasti lahendab põhimõtteliselt kiirlaadimisest põhjustatud eluea probleemid. Samal ajal toetab intelligentsete temperatuurijuhtimissüsteemide, dünaamilise võimsuse reguleerimise ja muude tehnoloogiate pidev täiustamine liitium-ioonakude laadimistehnoloogia revolutsiooni tugevamalt.
Selle laadimistehnoloogia revolutsiooni käigus liiguvad liitium{0}}ioonakud järk-järgult täiusliku tasakaalu poole tõhususe ja eluea vahel. Tööstus ja ettevõtted peavad pidevalt uuendusi tegema ning ka kasutajad peavad neid mõistlikult kasutama, et ühiselt edendada uute energiasõidukite tööstuse jätkusuutlikku arengut.
