Kommer laddning av elbilar någonsin att gå lika snabbt som "normal" att tanka en "diesel"?

Elfordon ökar snabbt i popularitet, men vissa potentiella köpare är fortfarande tveksamma. En av anledningarna är att laddningen av elbilar (elfordon) går långsamt jämfört med det klassiska tillägget "diesel". Medan förare idag är vana vid att fylla sin bränsletank på under fem minuter, tar elbilar, beroende på batteristorlek och specifikationer, vanligtvis mellan 20 och 30 minuter för att nå 80 procent vid de snabbaste laddningsstationerna. På de snabbaste laddstationerna, i kombination med möjligheten att ladda en bil, är det alltså möjligt att lägga till 100 kilometers räckvidd på bara några minuter. Vissa rapporterar till och med en tid på cirka 6 minuter.

Tron hos ägare av icke-elektriska fordon är att de alltid kommer att ladda sitt elfordonsbatteri till 80 procent eller mer när de är på väg. Faktum är att förare av elfordon vid snabbladdningsstationer bara "laddar" energi för det nödvändiga avståndet till sin hemladdstation. Det innebär att de till exempel på väg hem från en resa längre än bilens räckvidd bara står på elladdaren i cirka 10 minuter. Bara så mycket som de behöver till hemmet "uttaget". Anledningen ligger också i att det är ganska dyrt, eller flera gånger dyrare att ladda en elbil vid den offentliga infrastrukturen i laddstationerna än att ladda hemma.

Om fem till 10 år skulle dock mycket snabbare laddning vara möjlig. Vilket teoretiskt innebär ett stopp vid en laddstation för bara några minuter. Företagen utvecklar nämligen nya material för litiumjonbatterier, samt nya "solid state"-batterier, som är mer stabila vid en snabbare laddningshastighet. Laddningshastigheter på 15 minuter eller mindre för en "full" klassisk batteriladdning är redan idag inom teknisk räckvidd.

Samtidigt designade ett team av forskare nyligen en prototyp av litiumbatteri som kan ladda mer än 50 procent av sin kapacitet under laboratorieförhållanden på bara tre minuter – och kan göra det tusentals gånger utan att märkbart försämra dess kapacitet. Forskarna rapporterar också att det kan bana väg för batterier som kan laddas helt på bara 10 minuter.

Men det finns fortfarande vetenskapliga och tekniska utmaningar att övervinna innan ultrasnabbladdningsbatterier är tekniskt genomförbara och framför allt prisvärda. Vissa experter ifrågasätter om elfordon som kan laddas så snabbt verkligen är framtiden vi vill ha – åtminstone med det elnät vi har nu. Detta kan vara ett hinder.

Grunderna för laddning

Batterierna i dagens elbilar består av tusentals litiumjonceller med förmågan att lagra och frigöra energi tusentals gånger om. Var och en av dessa celler består av två elektroder – en metallkatod och en grafitanod – åtskilda av en flytande elektrolyt. Medan batteriet laddas strömmar litiumjoner genom vätskan från katoden till anoden och fyller utrymmena mellan grafitskikten. Hastigheten med vilken litiumjoner rör sig från katoden till anoden dikterar hur snabbt batteriet laddas.

Vid höga laddningshastigheter kan litiumbatterier överhettas, vilket gör att de försämras med tiden. Mer problematiskt kan litium börja ansamlas på ytan av anoden istället för att komma in i den - ett fenomen som kallas litiumplätering. Detta kan inte bara drastiskt minska batterikapaciteten, litiumavlagringar bildar så småningom filamentliknande strukturer som kallas dendriter. När de väl börjar bildas kan dessa dendriter växa över elektrolyten, vidröra katoden och skapa en kortslutning, vilket får batteriet att fatta eld eller explodera.

På grund av snabbladdningsproblem har alla EV-batterier inbyggda laddningshastighetsgränser. En mycket kraftfull snabbladdningsstation på 350 kilowatt skulle teoretiskt sett kunna ladda 95 kilowattimmars batteri i en SUV som Audi E-tron på mindre än 16 minuter. Men batteriet i sig klarar bara maximalt cirka 150 kilowatt laddningseffekt, vilket gör dess faktiska fullladdningshastighet närmare 40 minuter.

Hur snabbt batteriet laddas beror inte bara på laddaren och hur många kilowatt ström batteriet kan ta emot, utan också på batteriets storlek, hur mycket det laddas och till och med på vädret - det vill säga den externa temperaturer och batteriets beredskap att ta emot energi. Ändå kan toppmoderna snabbladdningsstationer ofta ladda ett elbilsbatteri upp till 80 procent, vilket bokstavligen ökar hundratals kilometers räckvidd på så lite som 30 minuter (när batteriet är 80 procent fullt, saktar laddningshastigheten ner för att undvika att skada batteriet). Teslaägare kan besöka "Tesla supercharger"-stationen, som kommer att lägga till cirka 300 km räckvidd på 15 minuter.

Hur ser framtiden ut för ultrasnabbladdning?

Även om det verkligen går extremt snabbt att lägga till 300 kilometer på bara 15 minuter, är detta psykologiskt fortfarande långt ifrån vad vi behöver idag för att fylla en klassisk "diesel"-tank som vi gör 1000 kilometer med. De som hoppas på en sådan laddningsupplevelse för elbilar kommer att behöva vänta ytterligare ett decennium eller så för att den redan kända tekniken ska omsättas i verkligheten. Även när EV-batterier kan laddas på mindre än 10 minuter är det inte klart om ultrasnabb laddning kommer att vara möjlig. Vid 400 volt och mer, som dagens snabbladdningsstationer hämtar från elnätet, uppstår snabbt frågan om infrastrukturens hållbarhet.

Men faktum är att vi frågar fel saker! Elfordonsanvändare använder offentlig infrastruktur och snabbladdningsstationer endast som nödutgång. De flesta moderna elbilar klarar av att åka rejäla 300 kilometer utan att ladda. I praktiken betyder det att vem som helst från Ljubljana enkelt kan ta sig till Portorož och tillbaka. Så till hemladdstationen - utan mellanstopp. Vill du ha säkra 100 kilometer extra räckvidd kan du få energin på mindre än 10 minuter vid snabbladdningsstationer längs motorvägarna. Det här är en tid som är jämförbar med ett vanligt stopp på en bensinmack. Både förare av klassiska bilar och elbilar suger.