Czy ładowanie samochodów elektrycznych będzie kiedyś tak szybkie, jak „normalne” tankowanie „diesla”?

Pojazdy elektryczne szybko zyskują na popularności, ale niektórzy potencjalni nabywcy wciąż się wahają. Jednym z powodów jest to, że ładowanie EV (pojazdów elektrycznych) jest powolne w porównaniu z klasycznym dodatkiem „diesla”. Podczas gdy dzisiejsi kierowcy są przyzwyczajeni do tankowania paliwa w mniej niż pięć minut, samochody elektryczne, w zależności od rozmiaru i specyfikacji akumulatora, zwykle potrzebują od 20 do 30 minut, aby osiągnąć 80 procent na najszybszych stacjach ładowania. Na najszybszych stacjach ładowania, w połączeniu z możliwością ładowania samochodu, możliwe jest więc dodanie 100 kilometrów zasięgu w zaledwie kilka minut. Niektórzy podają nawet czas około 6 minut.

Właściciele pojazdów nieelektrycznych są przekonani, że podczas jazdy zawsze będą ładować akumulator pojazdu elektrycznego do poziomu 80 procent lub więcej. Faktem jest, że kierowcy pojazdów elektrycznych na stacjach szybkiego ładowania „doładowują” energię tylko na odległość niezbędną do ich domowej stacji ładowania. Oznacza to, że np. w drodze do domu z podróży dłuższej niż zasięg samochodu, stoją na ładowarce tylko przez około 10 minut. Tylko tyle, ile potrzebują do domowego „gniazda”. Powodem jest również fakt, że ładowanie samochodu elektrycznego na ogólnodostępnej infrastrukturze stacji ładowania jest dość drogie, lub kilkukrotnie droższe niż ładowanie w domu.

Jednak za pięć do dziesięciu lat możliwe będzie znacznie szybsze ładowanie. Co teoretycznie oznacza postój na stacji ładującej tylko na kilka minut. Mianowicie, firmy opracowują nowe materiały do akumulatorów litowo-jonowych, a także nowe akumulatory „solid state”, które są bardziej stabilne przy większej prędkości ładowania. Prędkości ładowania 15 minut lub mniej dla „pełnego” klasycznego naładowania baterii są już dziś w technologicznym zasięgu.

W międzyczasie zespół naukowców zaprojektował niedawno prototyp baterii litowej, która w warunkach laboratoryjnych może naładować ponad 50 procent swojej pojemności w ciągu zaledwie trzech minut — i to tysiące razy bez znacznego pogorszenia swojej pojemności. Naukowcy informują również, że może to utorować drogę do akumulatorów, które można w pełni naładować w zaledwie 10 minut.

Jednak zanim ultraszybkie ładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych będzie technicznie wykonalne, a przede wszystkim przystępne cenowo, nadal trzeba będzie przezwyciężyć wyzwania naukowe i inżynieryjne. Niektórzy eksperci zastanawiają się, czy pojazdy elektryczne, które można ładować tak szybko, są naprawdę przyszłością, jakiej pragniemy – przynajmniej z siecią elektryczną, którą mamy teraz. To może być przeszkodą.

Podstawy ładowania

Akumulatory w dzisiejszych pojazdach elektrycznych składają się z tysięcy ogniw litowo-jonowych, które mają zdolność magazynowania i uwalniania energii tysiące razy. Każde z tych ogniw składa się z dwóch elektrod – metalowej katody i grafitowej anody – oddzielonych ciekłym elektrolitem. Podczas ładowania akumulatora jony litu przepływają przez ciecz od katody do anody, wypełniając przestrzenie między warstwami grafitu. Szybkość, z jaką jony litu przemieszczają się z katody do anody, określa szybkość ładowania akumulatora.

Przy wysokich prędkościach ładowania akumulatory litowe mogą się przegrzewać, powodując z czasem ich degradację. Bardziej problematyczne jest to, że lit może zacząć gromadzić się na powierzchni anody zamiast do niej wchodzić – zjawisko znane jako powlekanie litem. Może to nie tylko drastycznie zmniejszyć pojemność baterii, ale osady litu ostatecznie tworzą struktury podobne do włókien, znane jako dendryty. Gdy zaczną się formować, dendryty mogą rosnąć w elektrolicie, dotykać katody i powodować zwarcie, powodując zapalenie się lub eksplozję akumulatora.

Ze względu na problemy z szybkim ładowaniem, wszystkie akumulatory EV mają wbudowane ograniczenia prędkości ładowania. Bardzo wydajna 350-kilowatowa stacja szybkiego ładowania mogłaby teoretycznie naładować 95-kilowatogodzinny akumulator SUV-a, takiego jak Audi E-tron, w mniej niż 16 minut. Ale sama bateria może obsłużyć maksymalnie około 150 kilowatów mocy ładowania, dzięki czemu rzeczywisty limit prędkości pełnego ładowania jest bliższy 40 minut.

To, jak szybko akumulator się naładuje, zależy nie tylko od ładowarki i tego, ile kilowatów energii jest w stanie przyjąć akumulator, ale także od wielkości akumulatora, stopnia naładowania, a nawet pogody – czyli warunków zewnętrznych temperatur i gotowości akumulatora do odbioru energii. Mimo to najnowocześniejsze stacje szybkiego ładowania często mogą naładować akumulator EV do 80 procent, dosłownie dodając setki mil zasięgu w zaledwie 30 minut (gdy akumulator jest naładowany w 80 procentach, szybkość ładowania spada aby uniknąć uszkodzenia baterii). Właściciele Tesli mogą odwiedzić stację „Tesla Supercharger”, która w 15 minut doda około 300 km zasięgu.

Jaka jest przyszłość ultraszybkiego ładowania?

Choć dorobienie 300 kilometrów w zaledwie 15 minut jest naprawdę ekstremalnie szybkie, psychologicznie jest to wciąż daleko od tego, czego potrzebujemy dzisiaj do zatankowania klasycznego „diesla”, którym robimy 1000 kilometrów. Ci, którzy mają nadzieję na takie doświadczenie w ładowaniu pojazdów elektrycznych, będą musieli poczekać jeszcze około dekady, aż znana już technologia zostanie zastosowana w praktyce. Nawet jeśli akumulatory EV będą w stanie naładować się w mniej niż 10 minut, nie jest jasne, czy ultraszybkie ładowanie będzie możliwe. Przy 400 woltach i więcej, które dzisiejsze stacje szybkiego ładowania pobierają z sieci elektrycznej, szybko pojawia się pytanie o trwałość infrastruktury.

Ale faktem jest, że prosimy o niewłaściwe rzeczy! Użytkownicy pojazdów elektrycznych korzystają z infrastruktury publicznej i stacji szybkiego ładowania wyłącznie jako wyjścia awaryjnego. Większość nowoczesnych samochodów elektrycznych jest w stanie przejechać realne 300 kilometrów bez ładowania. W praktyce oznacza to, że każdy z Lublany może łatwo dostać się do Portorož iz powrotem. A więc do domowej stacji ładowania - bez przystanków pośrednich. Jeśli chcesz mieć bezpieczne 100 kilometrów dodatkowego zasięgu, możesz uzyskać energię w mniej niż 10 minut na stacjach szybkiego ładowania wzdłuż autostrad. To czas porównywalny z normalnym postojem na stacji benzynowej. Zarówno kierowcy klasycznych samochodów, jak i samochodów elektrycznych są do bani.