Dalam era semasa pembangunan pesat industri kenderaan tenaga baharu, bateri-ion litium, sebagai sumber kuasa teras, menghadapi cabaran kritikal untuk mengimbangi kecekapan pengecasan dan jangka hayat. Dengan permintaan pengguna yang semakin meningkat untuk julat pemanduan yang lebih panjang dan kelajuan pengecasan yang lebih pantas, serta tumpuan pasaran pada jangka hayat bateri dan-keberkesanan kos, teknologi pengecasan bateri-ion litium sedang mengalami revolusi yang mendalam. Cara memastikan pengecasan-kecekapan tinggi sambil memanjangkan jangka hayat bateri telah menjadi isu mendesak yang perlu ditangani oleh industri.
I. Teknologi Pengecasan Pantas: Daya Penggerak untuk Peningkatan Kecekapan
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kemajuan ketara telah dicapai dalam teknologi pengecasan pantas bateri-ion litium. Ambil CATL sebagai contoh. Bateri pengecas ultra-Shenxing"nya telah mencapai kelajuan pengecasan ultra-pantas "pengecasan 10-minit untuk jarak pemanduan 400-kilometer". Walaupun dalam persekitaran sejuk pada -10 darjah , ia boleh mengecas sehingga 80% daripada kapasiti dalam masa 30 minit. Pada April 2024, CATL melancarkan bateri Shenxing PLUS, meningkatkan lagi jarak pemanduan kepada 1000 kilometer sambil mengekalkan ciri pengecasan ultra-pantas pengecasan kepada 60% daripada kapasiti dalam masa 10 minit. Selain itu, CATL dan SAIC-GM telah bekerjasama untuk memperkenalkan bateri fosfat besi litium pengecas ultra-pantas 6C, yang dirancang untuk digunakan dalam seni bina bateri voltan tinggi Ultium quasi-900V yang dinaik taraf pada tahun 2025. Bateri ini boleh dicas sepenuhnya dalam masa 10 minit, menambah jarak pemanduan sejauh 200 kilometer dalam masa 5 minit.
Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Chao-Yang Wang di Pennsylvania State University juga telah membuat pencapaian yang luar biasa. Mereka mendapati bahawa jika bateri boleh dipanaskan dengan cepat hingga 60 darjah sebelum dicas, dicas pada kadar yang cepat selama 10 minit, dan kemudian disejukkan dengan cepat ke suhu ambien, degradasi haba bateri boleh dielakkan, dan pertumbuhan serius filem interphase elektrolit pepejal (SEI) boleh dicegah. Selepas ujian berulang, pasukan menjalankan ujian pengecasan isoterma pada tiga jenis bateri kuasa pada 40 darjah, 49 darjah dan 60 darjah, menggunakan pengecasan pada 20 darjah sebagai kawalan. Selepas itu, bateri telah dibuka untuk memeriksa penyaduran litium. Keputusan menunjukkan bahawa selepas 2500 kitaran pengecasan pantas melampau (6C, 4.2V) pada 60 darjah selama 10 minit, bateri berketumpatan tinggi-tenaga{17}}dengan kapasiti 209 Wj/kg masih mengekalkan 91.7% kapasitinya, dengan kehilangan kapasiti hanya 8.3%. Ini jauh melebihi sasaran "500 kitaran, kehilangan kapasiti 20%" yang ditetapkan oleh Jabatan Tenaga (JAS) AS, dan tiada penyaduran litium diperhatikan semasa proses pengecasan.
Jenama seperti XPENG dan NIO juga telah mencapai kejayaan dalam pengecasan ultra-pantas. XPENG melancarkan longgokan pengecasan ultra-pantas S4, dengan kuasa keluaran maksimum 480 kW dan arus keluaran maksimum 670 A. Sistem ini boleh menyediakan jarak pemanduan 200-kilometer untuk kereta dalam masa 5 minit selepas dicas. Menurut kenyataan rasmi, model 4C boleh mengecas daripada 10% hingga 80% dalam masa kurang daripada 15 minit, yang didakwa sebagai kelajuan pengecasan kenderaan elektrik jisim terpantas{18}}di seluruh dunia. Model 3C juga dilengkapi dengan platform voltan tinggi 800V, dengan kuasa pengecasan puncak sekitar 300 kW. Ia boleh menambah jarak pemanduan sejauh 130 kilometer dalam masa 5 minit selepas pengecasan dan mengecas daripada 10% kepada 80% dalam masa 20 minit.
II. Kesan Pengecasan Pantas pada Jangka Hayat Bateri
Walaupun teknologi pengecasan pantas meningkatkan kecekapan pengecasan, kesannya terhadap jangka hayat bateri tidak boleh diabaikan. Semasa pengecasan pantas, arus yang besar menggesa ion litium untuk membenamkan dengan pantas ke dalam anod. Jika kawalan suhu tidak mencukupi, logam litium boleh memendap pada permukaan anod, membentuk dendrit yang berpotensi menusuk pemisah, membawa kepada litar pintas dalaman dan mempercepatkan penurunan prestasi bateri. Selain itu, haba yang dijana semasa pengecasan pantas, jika tidak hilang dalam masa, boleh mempercepatkan penguraian elektrolit dan penuaan bahan elektrod, memendekkan hayat kitaran bateri.
Tinjauan menunjukkan bahawa untuk pemanduan-pemandu kereta elektrik tulen dengan purata perbatuan harian melebihi 100 kilometer, perkadaran penggunaan pengecasan ultra-pantas melebihi 70%. Tahap kesihatan bateri kuasa atas-nya menurun daripada 100% untuk kereta baharu kepada 85% dalam tempoh dua tahun, dengan purata penurunan tahunan sebanyak 7.5%. Walau bagaimanapun, penyelidikan terbaharu oleh pasukan Profesor Ouyang Minggao di Universiti Tsinghua mendedahkan bahawa penggunaan pengecasan ultra-pantas yang kerap melebihi 120 kW boleh memendekkan hayat kitaran bateri sebanyak 40% berbanding pengecasan perlahan.
Namun begitu, beberapa kajian menunjukkan bahawa kesan pengecasan pantas terhadap jangka hayat bateri bukanlah mutlak. Kajian penjejakan yang dijalankan oleh Recurring Automatic ke atas puluhan ribu Teslas mendapati bahawa perbezaan jangka hayat bateri antara pengecasan pantas dan pengecasan perlahan sebenarnya boleh diabaikan. Walaupun untuk perjalanan komersial-kenderaan panggilan yang pantas-dicas 1-2 kali sehari, kitaran penggantian baterinya adalah serupa dengan kereta persendirian. Ini terutamanya disebabkan oleh sistem kawalan suhu yang cekap yang mengurangkan kesan negatif pengecasan pantas dengan berkesan.
III. Strategi Teknikal untuk Mengimbangi Kecekapan dan Jangka Hayat
Untuk mencari keseimbangan antara kecekapan pengecasan pantas dan jangka hayat bateri, industri dan perusahaan telah menggunakan beberapa siri strategi teknikal.
Dari segi inovasi bahan, teknologi pengecasan pantas ultra-CATL menggunakan teknologi katod rangkaian elektron ultra-dan teknologi anod cincin ion pantas grafit generasi kedua, seterusnya meningkatkan kecekapan tindak balas elektrokimia dan kecekapan pengecasan. Rangkaian-elektron ultra, dengan permukaan bahan nanometer sepenuhnya, membina-rangkaian elektron yang disambungkan dengan baik, meningkatkan kelajuan tindak balas bahan katod dengan ketara kepada isyarat pengecasan dan kadar nyahjerapan ion litium. Gelang ion pantas-lapisan salutan berliang yang diubah suai pada permukaan bahan anod menyediakan tapak aktif yang banyak untuk pertukaran ion litium, sekali gus meningkatkan kelajuan pertukaran cas ion litium dan kadar benam.
Dalam reka bentuk struktur bateri, pasukan Profesor Chao-Yang Wang membangunkan bateri "semua-iklim". Mereka memasukkan kerajang nikel setebal 50-mikrometer-di dalam bateri, yang boleh memanaskan sendiri-dengan berkesan. Apabila arus dihidupkan pada suhu rendah, ia mengalir melalui kerajang nikel, menghasilkan haba. Apabila suhu dalaman bateri melebihi 60 darjah , penderia suhu dicetuskan untuk mematikan arus yang mengalir melalui kerajang nikel. Bateri ini boleh memanaskan sendiri hingga 60 darjah dalam masa 30 saat tanpa menjejaskan prestasi dan jangka hayatnya pada suhu biasa. Proses ini tidak memerlukan bantuan peralatan pemanasan luaran atau penambahan bahan tambahan khas kepada elektrolit.
Dari segi sistem pengurusan haba bateri (BMS), sesetengah pembuat kereta telah memperkenalkan "mod perlindungan pengecasan ultra{0}}pantas". Apabila cas bateri di bawah 20%, kuasa pengecasan dihadkan kepada 60 kW untuk mengelakkan beberapa isu-kerosakan bateri. Yang lain menggunakan teknologi pra-pemanasan bateri, yang meningkatkan kecekapan pengecasan pantas sebanyak 35% dalam persekitaran pada -10 darjah sambil mengurangkan kadar pereputan bateri sebanyak 30%.
IV. Strategi Penggunaan Pengguna dan Tinjauan Industri
Bagi pengguna, penggunaan pengecasan pantas yang munasabah adalah penting untuk memanjangkan jangka hayat bateri. Profesor Qilu, pengarah Makmal Bahan dan Teknologi Tenaga Baharu di Universiti Peking, menyatakan bahawa pemilik kereta harus mengehadkan perkadaran penggunaan pengecasan ultra-pantas kepada dalam lingkungan 40%. Apabila masa mengizinkan, pengecasan perlahan harus digunakan sebaik mungkin. Khususnya, pengecasan ultra-pantas harus dielakkan apabila cas bateri di bawah 10% atau melebihi 90%, kerana menggunakan pengecasan ultra-pantas dalam julat ini boleh menyebabkan kerosakan yang lebih besar pada bateri.
Dari perspektif industri, melalui inovasi model komersial, seperti menggunakan model pajakan bateri, pembuat kereta boleh beralih daripada "menjual produk" kepada "menjual perkhidmatan". Model pengasingan bateri-kenderaan boleh mengurangkan sensitiviti pengguna terhadap jaminan bateri sambil turut memacu perusahaan untuk meningkatkan kematangan teknologi pengecasan pantas.
Pada masa hadapan, dengan kemajuan teknologi yang berterusan, keseimbangan antara kecekapan pengecasan pantas dan jangka hayat bateri untuk bateri-ion litium akan dioptimumkan lagi. Kemunculan bahan dan teknologi baharu, seperti anod berasaskan silikon-dan bateri keadaan-pejal, dijangka menyelesaikan isu jangka hayat yang disebabkan oleh pengecasan pantas secara asasnya. Pada masa yang sama, penambahbaikan berterusan sistem kawalan suhu pintar, pelarasan kuasa dinamik dan teknologi lain akan memberikan sokongan yang lebih kukuh untuk revolusi teknologi pengecasan bagi bateri lithium-ion.
Dalam revolusi teknologi pengecasan ini, bateri-ion litium secara beransur-ansur bergerak ke arah keseimbangan sempurna antara kecekapan dan jangka hayat. Industri dan perusahaan perlu terus berinovasi, dan pengguna juga perlu menggunakannya secara munasabah untuk bersama-sama mempromosikan pembangunan mampan industri kenderaan tenaga baharu.
