Yn y cyfnod presennol o ddatblygiad egnïol y diwydiant cerbydau ynni newydd, mae batris ïon lithiwm, fel y ffynhonnell pŵer graidd, yn wynebu'r her hanfodol o gydbwyso effeithlonrwydd codi tâl a hyd oes. Gyda gofynion cynyddol defnyddwyr am ystodau gyrru hirach a chyflymder gwefru cyflymach, yn ogystal â ffocws y farchnad ar hyd oes batri ac effeithiolrwydd cost, mae technoleg gwefru batris ïon lithiwm yn mynd trwy chwyldro dwfn. Mae sut i sicrhau taliadau effeithlonrwydd uchel wrth ymestyn oes batri wedi dod yn fater brys y mae angen i'r diwydiant fynd i'r afael ag ef.
I. Technoleg Codi Tâl Cyflym: Y Grym sy'n Sbarduno Gwella Effeithlonrwydd
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae cynnydd sylweddol wedi'i wneud yn y dechnoleg gwefru cyflym o batris lithiwm-ion. Cymerwch CATL fel enghraifft. Mae ei fatri gwefru cyflym iawn "Shenxing" wedi cyflawni cyflymder gwefru cyflym iawn o "10{14}}munud o godi tâl am ystod gyrru o 400-cilometr". Hyd yn oed mewn amgylcheddau oer ar -10 gradd , gall godi tâl i 80% o'r capasiti o fewn 30 munud. Ym mis Ebrill 2024, lansiodd CATL y batri Shenxing PLUS, gan wella'r ystod gyrru ymhellach i 1000 cilomedr wrth gynnal y nodwedd codi tâl cyflym iawn o godi tâl i 60% o'r capasiti o fewn 10 munud. Yn ogystal, mae CATL a SAIC-GM wedi cydweithio i gyflwyno batri ffosffad haearn lithiwm gwefru cyflym iawn 6C, y bwriedir ei ddefnyddio ym mhensaernïaeth batri foltedd uchel lled-900V Ultium wedi'i huwchraddio yn 2025. Gellir codi tâl llawn ar y batri hwn o fewn 10 munud, gan ychwanegu 200 cilomedr o ystod gyrru o fewn 5 munud.
Mae'r tîm ymchwil dan arweiniad yr Athro Chao-Yang Wang ym Mhrifysgol Talaith Pennsylvania hefyd wedi gwneud llwyddiannau rhyfeddol. Canfuwyd, os gellir gwresogi batri yn gyflym i 60 gradd cyn codi tâl, ei godi ar gyfradd gyflym am 10 munud, ac yna ei oeri'n gyflym i'r tymheredd amgylchynol, gellir osgoi diraddio thermol y batri, a gellir atal twf difrifol y ffilm rhyngffas electrolyt solet (SEI). Ar ôl profion dro ar ôl tro, cynhaliodd y tîm brofion gwefru isothermol ar dri math o fatris pŵer ar 40 gradd, 49 gradd, a 60 gradd, gan ddefnyddio codi tâl ar 20 gradd fel rheolydd. Yn dilyn hynny, cafodd y batris eu dadosod i wirio am blatio lithiwm. Dangosodd y canlyniadau, ar ôl 2500 o gylchoedd o wefru cyflym iawn (6C, 4.2V) ar 60 gradd am 10 munud, bod y batri dwysedd uchel ynni gyda chynhwysedd o 209 Wh/kg yn dal i gadw 91.7% o'i gapasiti, gyda dim ond 8.3% o golled capasiti. Roedd hyn yn llawer uwch na'r targed "500 o gylchoedd, 20% o golli gallu" a osodwyd gan Adran Ynni'r UD (DOE), ac ni welwyd platio lithiwm yn ystod y broses codi tâl.
Mae brandiau fel XPENG a NIO hefyd wedi cyflawni datblygiadau arloesol o ran codi tâl cyflym iawn. Lansiodd XPENG ei bentwr gwefru cyflym iawn S4, gydag uchafswm pŵer allbwn o 480 kW ac uchafswm cerrynt allbwn o 670 A. Gall y system hon ddarparu ystod gyrru o 200 cilomedr ar gyfer car o fewn 5 munud i wefru. Yn ôl y datganiad swyddogol, gall y model 4C godi tâl o 10% i 80% mewn llai na 15 munud, a honnir mai hwn yw'r cyflymder gwefru cerbydau trydan màs cyflymaf yn fyd-eang. Mae gan y model 3C hefyd blatfform foltedd uchel 800V, gyda phŵer gwefru brig o tua 300 kW. Gall ychwanegu 130 cilomedr o ystod gyrru o fewn 5 munud o godi tâl a chodi tâl o 10% i 80% mewn 20 munud.
II. Effaith Codi Tâl Cyflym ar Hyd Oes Batri
Er bod technoleg codi tâl cyflym yn gwella effeithlonrwydd codi tâl yn fawr, ni ellir anwybyddu ei effaith ar oes batri. Yn ystod codi tâl cyflym, mae cerrynt mawr yn annog ïonau lithiwm i fewnosod yn gyflym i'r anod. Os yw'r rheolaeth tymheredd yn annigonol, gall metel lithiwm adneuo ar wyneb yr anod, gan ffurfio dendrites a allai dyllu'r gwahanydd o bosibl, gan arwain at gylchedau byr mewnol a chyflymu diraddio perfformiad batri. Yn ogystal, gall y gwres a gynhyrchir yn ystod codi tâl cyflym, os na chaiff ei wasgaru mewn amser, gyflymu dadelfeniad yr electrolyt a heneiddio deunyddiau electrod, gan fyrhau bywyd beicio'r batri.
Dangosodd arolwg, ar gyfer reidio-hannu gyrwyr cerbydau trydan pur gyda milltiroedd dyddiol cyfartalog o fwy na 100 cilomedr, roedd y gyfran defnydd o wefru cyflym iawn yn fwy na 70%. Gostyngodd lefel iechyd eu batris pŵer ar{-o 100% ar gyfer ceir newydd i 85% o fewn dwy flynedd, gyda gostyngiad blynyddol cyfartalog o 7.5%. Fodd bynnag, datgelodd yr ymchwil diweddaraf gan dîm yr Athro Ouyang Minggao ym Mhrifysgol Tsinghua y gall defnyddio gwefru cyflym iawn dros 120 kW yn aml leihau bywyd beicio'r batri 40% o'i gymharu â chodi tâl araf.
Serch hynny, mae rhai astudiaethau'n nodi nad yw effaith codi tâl cyflym ar oes batri yn absoliwt. Canfu astudiaeth olrhain a gynhaliwyd gan Recurring Automatic ar ddegau o filoedd o Teslas fod y gwahaniaeth mewn oes batri rhwng codi tâl cyflym a chodi tâl araf mewn gwirionedd yn ddibwys. Hyd yn oed ar gyfer cerbydau reidio masnachol sy'n cael eu gwefru 1-2 gwaith y dydd yn gyflym, mae eu cylchoedd batri newydd yn debyg i gylchoedd ceir preifat. Priodolir hyn yn bennaf i'r systemau rheoli tymheredd effeithlon sy'n lliniaru effeithiau negyddol codi tâl cyflym yn effeithiol.
III. Strategaethau Technegol ar gyfer Cydbwyso Effeithlonrwydd a Hyd Oes
Er mwyn dod o hyd i gydbwysedd rhwng effeithlonrwydd codi tâl cyflym a hyd oes batri, mae'r diwydiant a mentrau wedi mabwysiadu cyfres o strategaethau technegol.
O ran arloesi materol, mae technoleg gwefru tra-gyflym CATL yn defnyddio technoleg cathod rhwydwaith electron uwch-dechnoleg a thechnoleg anod cylch ïon cyflym ail genhedlaeth o graffit, gan wella effeithlonrwydd adwaith electrocemegol ac effeithlonrwydd gwefru ymhellach. Mae'r rhwydwaith electron ultra, gyda'i arwyneb deunydd llawn nanometr, yn adeiladu rhwydwaith electronau wedi'i gysylltu'n dda, gan wella'n sylweddol gyflymder ymateb y deunydd catod i signalau gwefru a chyfradd ansugniad ïon lithiwm. Mae'r cylch ïon cyflym-haen cotio mandyllog wedi'i addasu ar yr wyneb deunydd anod yn darparu digonedd o safleoedd gweithredol ar gyfer cyfnewid ïon lithiwm, gan gynyddu'n fawr y cyflymder cyfnewid tâl ïon lithiwm a'r gyfradd ymgorffori.
Wrth ddylunio strwythur batri, datblygodd tîm yr Athro Chao fatri “holl-hinsawdd”. Fe wnaethant fewnosod ffoil nicel 50{4}}micromedr-trwchus y tu mewn i'r batri, a all hunan-wresogi i bob pwrpas. Pan fydd y cerrynt yn cael ei droi ymlaen ar dymheredd isel, mae'n llifo trwy'r ffoil nicel, gan gynhyrchu gwres. Unwaith y bydd tymheredd mewnol y batri yn fwy na 60 gradd, mae'r synhwyrydd tymheredd yn cael ei ysgogi i gau'r cerrynt sy'n llifo trwy'r ffoil nicel. Gall y batri hwn hunan-gynhesu i 60 gradd o fewn 30 eiliad heb beryglu ei berfformiad a'i oes ar dymheredd arferol. Nid yw'r broses hon yn gofyn am gymorth offer gwresogi allanol nac ychwanegu ychwanegion arbennig i'r electrolyte.
O ran systemau rheoli thermol batris (BMS), mae rhai gwneuthurwyr ceir wedi cyflwyno "modd amddiffyn codi tâl ultra-cyflym". Pan fydd tâl y batri yn is na 20%, mae'r pŵer gwefru wedi'i gyfyngu i 60 kW er mwyn osgoi rhai problemau sy'n niweidio'r batri. Mae eraill yn mabwysiadu technoleg cyn gwresogi batri, sy'n gwella effeithlonrwydd codi tâl cyflym 35% mewn amgylcheddau ar -10 gradd tra'n lleihau cyfradd pydredd batri 30%.
IV. Strategaethau Defnydd Defnyddwyr a Rhagolygon y Diwydiant
I ddefnyddwyr, mae defnydd rhesymol o godi tâl cyflym yn hanfodol ar gyfer ymestyn oes batri. Dywedodd yr Athro Qilu, cyfarwyddwr Labordy Deunyddiau a Thechnoleg Ynni Newydd ym Mhrifysgol Peking, y dylai perchnogion ceir gyfyngu ar y gyfran o ddefnydd gwefru cyflym iawn i o fewn 40%. Pan fydd amser yn caniatáu, dylid defnyddio codi tâl araf cymaint â phosibl. Yn benodol, dylid osgoi codi tâl cyflym iawn pan fo tâl y batri yn is na 10% neu'n uwch na 90%, oherwydd gall defnyddio gwefru cyflym iawn yn yr ystod hon achosi mwy o niwed i'r batri.
O safbwynt diwydiant, trwy arloesi model masnachol, megis mabwysiadu model prydlesu batri, gall automakers drosglwyddo o "werthu cynhyrchion" i "werthu gwasanaethau". Gall y model gwahanu batri cerbydau leihau sensitifrwydd defnyddwyr i warantau batri tra hefyd yn gyrru mentrau i wella aeddfedrwydd technolegau gwefru cyflym.
Yn y dyfodol, gyda chynnydd technolegol parhaus, bydd y cydbwysedd rhwng effeithlonrwydd codi tâl cyflym a hyd oes batri batris lithiwm ïon yn cael ei optimeiddio ymhellach. Disgwylir i ymddangosiad deunyddiau a thechnolegau newydd, megis anodau sy'n seiliedig ar silicon a batris cyflwr solet, ddatrys yn sylfaenol y problemau hyd oes a achosir gan wefru cyflym. Ar yr un pryd, bydd gwelliant parhaus systemau rheoli tymheredd deallus, addasiad pŵer deinamig, a thechnolegau eraill yn darparu cefnogaeth gryfach i chwyldro technoleg codi tâl batris ïon lithiwm.
Yn y chwyldro technoleg gwefru hwn, mae batris ïon lithiwm yn symud yn raddol tuag at gydbwysedd perffaith rhwng effeithlonrwydd a hyd oes. Mae angen i'r diwydiant a'r mentrau arloesi'n barhaus, ac mae angen i ddefnyddwyr hefyd eu defnyddio'n rhesymol i hyrwyddo datblygiad cynaliadwy'r diwydiant cerbydau ynni newydd ar y cyd.
