Bude niekedy nabíjanie elektromobilov také rýchle ako „normálne“ tankovanie „nafty“?

Električna vozila hitro pridobivajo na priljubljenosti, a nekateri bodoči kupci ostajajo neodločni. Eden od razlogov je, da je polnjenje EV (električna vozila) počasno v primerjavi s klasičnim dodajanjem “dizla”. Medtem ko so vozniki danes navajeni, da rezervoar za gorivo napolnijo v manj kot petih minutah, pri EV, odvisno od velikosti in specifikacij baterije, običajno potrebujejo med 20 in 30 minut, da se na najhitrejših polnilnih postajah napolnijo do 80 odstotkov. Na najhitrejših polnilnicah v kombinaciji s sposobnostjo polnjenja avtomobila je tako možno dodati 100 kilometrov dosega v le nekaj minutah. Nekateri poročajo celo o času okoli 6 minut.

Prepričanje tistih, ki niso lastniki električnih vozil je, da bodo na poti vselej polnili baterijo elektrčnega vozila do nivoja 80 odstotkov ali več. Dejstvo pa je, da vozniki električnih vozil na hitrih polnilnicah le “natočijo” energijo za potreben doseg do domače polnilnice. Pomeni, da na primer na poti domov iz potovanja daljšega od dosega avtomobila stojijo na elekrtični polnilci le kakšnih 10 minut. Le toliko kolikor potrebujejo do domače “vtičnice”. Razlog se skriva tudi v tem, da je polnjenje električnega avtomobila na javni infrastrukturi polnilnic precej drago oziroma nekajkrat dražje od polnjenja doma.

Čez pet do 10 let pa bi bilo mogoče veliko hitrejše polnjenje. Kar teoretično pomeni postanek na polnilnici le nekaj minut. Podjetja namreč razvijajo nove materiale za litij-ionske baterije , pa tudi nove “solid state” baterije , ki so bolj stabilne pri hitrejši hitrosti polnjenja. Na tehnološkem dosegu so tako že danes hitrosti polnjenja 15 minut ali manj za “celotno” klasično polnjenje baterije.

Medtem je skupina znanstvenikov nedavno zasnovala prototip litijeve baterije, ki lahko v laboratorijskih pogojih napolni več kot 50 odstotkov svoje zmogljivosti v samo treh minutah – in lahko stori tisočkrat, ne da bi se bistveno poslabšala njena sposobnost. Raziskovalci tudi poročajo, da bi to lahko utrlo pot baterijam, ki se lahko popolnoma napolnijo v samo 10 minutah.

Vendar pa so še vedno znanstveni in inženirski izzivi, ki jih je treba premagati, preden bodo ultra hitre polnilne baterije EV tehnično izvedljive in predvsem tudi cenovno dostopne. Nekateri strokovnjaki se sprašujejo, ali so električna vozila, ki jih je mogoče tako hitro polniti, resnično prihodnost, ki si jo želimo – vsaj z električnim omrežjem, ki ga imamo zdaj. To bi lahko predstavljajo oviro.

Osnove polnjenja

Baterije v današnjih EV so sestavljene iz tisoč litij-ionskih celic z zmožnostjo shranjevanja in sproščanja energije tisočkrat. Vsaka od teh celic je sestavljena iz dveh elektrod – kovinske katode in grafitne anode – ločenih s tekočim elektrolitom. Medtem ko se baterija polni, litijevi ioni tečejo skozi tekočino od katode do anode in zapolnijo prostore med grafitnimi plastmi. Hitrost, s katero se litijevi ioni premikajo iz katode v anodo, narekuje, kako hitro se baterija polni.

Pri visokih hitrostih polnjenja se lahko litijeve baterije pregrejejo, zaradi česar se sčasoma razgradijo. Bolj problematično je, da se litij lahko začne kopičiti na površini anode, namesto da bi vstopil vanjo – pojav je znan kot litijeva prevleka. Ne samo, da lahko to drastično zmanjša zmogljivost baterije, litijeve usedline sčasoma tvorijo strukture, podobne filamentom, znane kot dendriti. Ko se začnejo tvoriti, lahko ti dendriti zrastejo čez elektrolit, se dotaknejo katode in ustvarijo kratek stik, kar povzroči, da se baterija vname ali eksplodira.

Zaradi težav s hitrim polnjenjem imajo vse baterije EV vgrajene omejitve hitrosti polnjenja. Zelo zmogljiva 350 – kilovatna hitra polnilna postaja bi lahko teoretično napolnila 95 kilovatnih ur veliko baterijo terenca kot je Audi E-tron v slabih 16 minutah. Toda sama baterija lahko sprejme največ približno 150 kilovatov moči polnjenja, zaradi česar je njena dejanska omejitev hitrosti celotnega polnjenja bližje 40 minutam.

Kako hitro se bo baterija napolnila, ni odvisno samo od polnilnika ter koliko kilovatov moči je baterija sposobna sprejeti, temveč tudi od velikosti baterije, koliko je napolnjena in celo od vremena – torej zunanjih temperatur in predpripravljenosti baterije za sprejem energije. Kljub temu lahko najsodobnejše hitre polnilne postaje pogosto polnijo baterijo EV do 80 odstotkov, kar v praski poveča doseg avtomobila na stotine kilometrov dosega v prej kot 30 minutah (ko je baterija 80 odstotkov polna, se hitrost polnjenja upočasni, da se baterija ne poškoduje). Lastniki Tesle lahko obiščejo postajo “Tesla supercharger”, ki bo v 15 minutah dodala nekje okoli 300 km dosega.

Kakšna je prihodnost ultra hitrega polnjenja?

Čeprav je dodajanje 300 kilometrov v zgolj 15 minutah res izjemno hitro, je to psihološko še vedno daleč od tega, kar danes potrebujemo za dolivanje klasičnega tanka “dizla” s katerim naredimo 1000 kilometrov. Tisti, ki upajo na takšno izkušnjo polnjenja EV, bodo morali počakati še kakšno desetletje, da bo že znana tehnologija prešla v resnično prakso. Tudi, ko bodo EV baterije, sposobne polnjenja v manj kot 10 minutah, ni jasno, ali bo izjemno hitro polnjenje mogoče. Pri 400 voltih in več, kot jih črpajo današnje hitre polnilne postaje iz električnega omrežja se namreč hitro pojavi vprašanje vzdržnosti infrastrukture.

A dejstvo je, da se sprašujemo napačne stvari! Uporabniki električnih vozil javno infrastrukturo in hitre polnilnice uporabljajo le kot izhod v sili. Večina sodobnih električnih avtomobilov je namreč sposobna prevoziti realnih 300 kilometrov brez polnjenja. To v praksi pomeni, da lahko vsak iz Ljubljane brez težav pride do Portoroža in nazaj. Torej do domače polnilnice – brez vmesnih postankov. V kolikor pa si zaželi varnostnih 100 kilometrov dodatnega dosega, pa energijo dotoči v manj kot 10 minutah na hitrih polnilnicah ob avtocestah. To pa je čas, ki je primerljiv z običajnim postankom na bencinski črpalki. Lulamo tako vozniki klasičnih avtomobilov, kot električnih.