SamochodyElektryczne.org

Rowery elektryczne

Akumulatory litowo-jonowe, które można naładować w sekundy

Szybkie ładowanie nowoczesnych akumulatorów litowo-jonowych jest możliwe, ale tylko jeśli mamy dostępną odpowiednio dużą moc

Akumulatory litowo-jonowe SCiB firmy Toshiba - zobacz całą galerię

Czas ładowania akumulatorów skrócił się w ostatnich latach do tego stopnia, że praktycznie niemożliwe staje się wykorzystanie w pełni ich możliwości w pojazdach - ze względu na ograniczoną dostępną moc. Produkowane obecnie akumulatory litowo-jonowe można zazwyczaj naładować do 80% ich pojemności w czasie od 15 do 60 minut, przy czym zaznaczyć należy, że większy prąd ładowania powoduje szybszą degradację akumulatora.

Niektórzy producenci, tacy jak Altair Nanotechnologies oraz Toshiba posiadają już opracowane akumulatory, wykorzystujące tytanian litu, które można naładować do 80-90% w mniej niż 5 minut, a do 100% w około 10 minut i to przy zachowaniu żywotności na poziomie 10-15 lat. Obaj wymienieni producenci przymierzają się do komercjalizacji swoich produktów na dużą skalę. Toshiba inwestuje ponad 300 mln USD aby w 2010r. produkować 3 mln ogniw SCiB miesięcznie oraz 10 mln ogniw miesięcznie w 2015r. Tymczasem Altairnano testuje swoje akumulatory w motoryzacji w takich pojazdach jak: Proterra EcoRide BE35, Lightning GT, czy Current Eliminator V.

Ogniwo SCiB (Super Charge ion Battery) 4,2 Ah 2,4 V [1]
Ogniwo SCiB (Super Charge ion Battery) 4,2 Ah 2,4 V [1]
Ogniwo Altairnano 50 Ah 2,3 V [6]
Ogniwo Altairnano 50 Ah 2,3 V [6]

Okazuje się jednak, że akumulatory litowo-jonowe można ładować jeszcze szybciej - w sekundy. Dowiedli tego naukowcy z Massachusetts Institute of Technology, którzy zmodyfikowali materiał elektrod LiFePO4, osiągając czas ładowania i rozładowania próbki ogniwa na poziomie 10-20 s. Przy tak krótkich czasach ładowania-rozładowania zaciera się granica między akumulatorami, a superkondensatorami. Artykuł prezentujący dokonanie pracowników MIT ukazał się w marcu 2009r. w prestiżowym czasopiśmie Nature. Bardzo możliwe, że nowa technologia wejdzie do produkcji w ciągu kilku lat.

Próbka nowego materiału [7]
Próbka nowego materiału [7]

Naukowcy z MIT przewidują, że nowe akumulatory znajdą zastosowanie w urządzeniach przenośnych. Jednak przy tak krótkich czasach problematyczne wydaje się naładowanie nawet telefonu komórkowego, nie wspominając o laptopie.

akumulator BL-5C [10] akumulator BL-5C [10]
Teoretyczna moc ładowania telefonu z akumulatorem BL-5C (1020 mAh, 3,7 V, około 3,77 Wh)
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [W]
1 h 3,77
30 min 7,54
15 min 15,08
10 min 22,6
5 min 45,2
1 min 226
20 s 678
10 s 1356
Tabela 1: Teoretyczna moc ładowania telefonu z akumulatorem BL-5C (1020 mAh, 3,7 V, około 3,77 Wh)

Jak widać powyżej, ładowanie telefonu komórkowego z akumulatorem BL-5C w 10 s wymagałoby blisko 1,4 kW mocy (bez uwzględniania sprawności procesu) oraz stosowanej ładowarki.

Dokonując tych samych obliczeń dla laptopa okaże się, że niezależnie od możliwości akumulatora, nie naładujemy laptopa w minutę dysponując w mieszkaniu zasilaniem 16 A, 230 V, a więc teoretycznie mocą jedynie 3680 W.

akumulator Whitenergy [11] akumulator Whitenergy [11]
Teoretyczna moc ładowania laptopa z akumulatorem Whitenergy (8800 mAh, 11,1 V, około 98 Wh)
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [W]
1 h 98
30 min 196
15 min 392
10 min 588
5 min 1176
1 min 5880
20 s 17640
10 s 35280
Tabela 2: Teoretyczna moc ładowania laptopa z akumulatorem Whitenergy (8800 mAh, 11,1 V, około 98 Wh)

Z powyższych obliczeń wynika, że tylko najmniejsze urządzenia przenośne będą mogły w przyszłości wykorzystywać nowe akumulatory do ładowania w przeciągu sekund. W przypadku laptopów, niezasadne wydaje się schodzenie z czasem ładowania poniżej 5 minut ze względu na zbyt dużą moc. Ponadto do ładowania w ciągu 5-10 minut wystarczą w zupełności akumulatory SCiB Toshiby.

A co z pojazdami? Czy one będą mogły być kiedykolwiek ładowane w przeciągu sekund? Nie. A przynajmniej nie w przewidywalnej przyszłości. Spójrzmy jak wyglądają tabele dla trzech przykładowych pojazdów:

ELMOTO HR-2 ELMOTO HR-2
Teoretyczna moc ładowania akumulatora w lekkim motocyklu ELMOTO HR-2 (1,2 kWh)
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 1,2
30 min 2,4
15 min 4,8
10 min 7,2
5 min 14,4
1 min 72
20 s 216
10 s 432
Tabela 3: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w lekkim motocyklu ELMOTO HR-2 (1,2 kWh)

Mitsubishi i-MiEV Mitsubishi i-MiEV
Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Mitsubishi i-MiEV (16 kWh)
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 16
30 min 32
15 min 64
10 min 96
5 min 192
1 min 960
20 s 2880
10 s 5760
Tabela 4: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Mitsubishi i-MiEV (16 kWh)

Tesla Model S Tesla Model S
Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Tesla Model S (70 kWh)
Czas ładowaniaŚrednia moc ładowania [kW]
1 h 70
30 min 140
15 min 280
10 min 420
5 min 840
1 min 4200
20 s 12600
10 s 25200
Tabela 5: Teoretyczna moc ładowania akumulatora w samochodzie Tesla Model S (70 kWh)

Analizując powyższe wyniki można stwierdzić, że ładowanie pojazdów elektrycznych w ciągu sekund to czysta abstrakcja. Nawet najmniejszy pojazd ELMOTO HR-2 potrzebuje 72 kW, żeby naładować się w minutę i to wciąż bez uwzględniania sprawności ładowarki. Jeśli chodzi o Mitsubishi i-MiEV to do ładowania w przeciągu minuty potrzebujemy już ponad 1 MW mocy. Tesla Model S potrzebowałaby natomiast ponad 4,2 MW mocy, aby uzupełnić energię w minutę.

Wydaje się zatem, że odkrycie naukowców z MIT nie będzie miało żadnego znaczenia dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Akumulator, który można naładować w sekundy to rzecz zdecydowanie wyprzedzająca swój czas. Niemniej jednak należy mieć nadzieję, że opracowanie akumulatorów, posiadających zdolność ładowania i rozładowywania w 10-20 s, zaowocuje zwiększeniem ich trwałości przy dłuższych czasach, rzędu kilkudziesięciu minut.

Komentarze (15)

Możliwość dodawania komentarzy jest dostępna jedynie dla zarejestrowanych użytkowników.

Skoro akumulator polimerowy pozwala przejechać 500 km i więcej, to szybkie ładowanie zaczyna być ważne. Pewnie doczekamy się elektrycznych TIR-ów i autokarów które pojadą dalej niż BYD K9.
  • tomasz

@Automat
Jeśli stacje ładowania będą wyposażone w odpowiedni "bufor" to czemu nie ?
  • Automat

Witam, można założyć że stacje ładowania samochodów elektrycznych beda musiały być zasilane prosto z kabla wysokiego napięcia. Wtedy "szybkie" ładowanie może być naprawę szybkie - no ale nie 10sek :)
  • aktywny

Może to jest to dzięki czemu możemy ujarzmić PIORUN?
Nie jestem ekspertem ale to pierwsza myśl jaka mi przyszła do głowy.
Co o tym sądzicie?
  • AAA222

"Próbka nowego materiału [7]" - chyba raczej to, co z niego po eksperymencie zostało ;)
  • m

No super, tylko czy wystarczy surowców do tworzenia takich akumulatorów na masową skalę?
Z typowego gniazda trójfazowego w domu można by wyciągnąć kilkanaście kW więc iMiEV trzeba by ładować ponad godzinę. Większe moce to tylko na specjalnych stacjach np podstacja kolejowa 4MW:)
  • Mariusz

To jak by ktoś chciał naładowac samochód w 1 sekundę to by na ten czas u całej Polsce światła przygasły. Jak dla mnie to mogę i 30 minut poczekac:)
  • EV Dreamer

na tych ogniwach nie zajedziesz dalej niż na dobrym akumulatorze czy kondensatorze(np tesla vs Chevrolet Equinox ) , tylko kosztuje w milionach i jest bardzo stratne energetycznie i bardziej kłopotliwe (ten wodór trzeba uzyskać (straty przy elektrolizie plus ewentualnie te co są w sieci elektroenergetycznej) , przewieść(straty:dyfunduje przez ścianki prawie wszystkiego,trzeba ewentualnie energii napędu cysterny),skroplić i wlać lub "natłuc" do zbiornika (zużywając do tego tyle energii że mogła by ona wystarczyć na przejechanie znacznego dystansu elektrowozem ,nie licząc poprzedzających strat),potem połowa z tego(energii spalania wodoru) w ciepło na samym ogniwie... plus znowu dyfuzja lub energia na utrzymanie niskiej temp zbiornika ,czy to co ucieknie przez zawory bezpieczeństwa
zbiornika. to może być dobre ale gdzie indziej jakieś układy stacjonarne(wodór z przerobu gazu ziemnego) pod warunkiem akceptowalnej ceny i trwałości.
poza tym skazujesz się na stacje: zapłacisz marże, koszmarne koszty infrastruktury i inne w cenie wodoru , w domu ciężko zatankować chyba że masz kolejne miliony...
chyba taniej i prościej hybryda jak volt do puki nie będzie na tyle pojemnych aku/kond
Brak szybkiego ładowania wcale nie musi stanowić dużego problemu. Należy zastanowić się, czy ludzie zawsze będą ładować samochody "do pełna"? Przecież dziś nie każdy tankuje pełen bak. Wydaje mi się, że ludzie będą raczej podładowywać samochody, byle dojechać do domu, gdzie będzie można podłączyć samochód do własnego gniazdka.
Poza tym, jeżeli ktoś potrzebuje samochodu, który może przemierzać dłuższe trasy, to pewnie wybierze pojazd z ogniwem wodorowym. Zresztą zobaczymy co przyniesie przyszłość, w każdym razie dni "czarnego złota" są już policzone.
  • SMR

Zapominacie panowie o najlepszej ładowarce:piorunie.To kwestia czasu kiedy jednym wyładowaniem atmosferycznym uda się naładowac całe rzędy baterii akumulatorowych."Prowokowanie" wyładowania atmosferycznego to już nic trudnego.
  • EV Dreamer

To co pisałem na początku, duża bateria akumulatorów/kondensatorów na stacji ,ładowana powoli z sieci
druga sprawa elektrowóz musi być przewidziany do szybkiego ładowania...
bo np w tesli roadsterze są zwykłe "laptopowce" 18650
to nie A123 tego w 5min się nie da... i tak dziwie się że w S-ie ma być 45min(pewnie"bateria" jest płaska i chłodzona cieczą ale to są straty i utrata żywotności), mają za to pojemność , małą masę i możliwość formowania "baterii" w dowolny kształt,
no i były(18650)już w masowej produkcji... kiedy zaczynali.
a kable można dać "stosowne" np w imiev-ie,leaf-fie
jest "duża i mała wtyczka" fakt jeszcze nie zeszli do 5 min ale oni to pewnie przewidzieli do bezpośredniego ładowania z sieci

Ale stacje z "baterią" to dalsza przyszłość choć myśleć o nich trzeba już bo jak aut będzie dużo ale bez "dużej" wtyczki to będzie poważny problem...
w dalszej przyszłość może się okazać że problem się uprości jeśli się okaże że to co "mówi" EEstor jest prawdą...

  • rolar

Cóż na razie ciężko byłoby naładować tak szybko duży akumulator. Ale przecież nie ma konieczności ładowania akumulatora w 10 sekund. Nie tylko brak wystarczającej mocy jest tu problemem. Jakby podłączyć taką moc powiedzmy do auta Tesli to spaliły by się kable w mgnieniu oka. Ale myślę, że jeśli auto naładuje się w 5 minut to będzie idealnie, przeważnie i tak więcej czasu średnio spędzamy na stacjach benzynowych. Co do mocy to myślę, że na stacjach ładowania da się to rozwiązać np. za pomocą wysoko prądowych akumulatorów ładowanych w nocy z sieci.
  • oscar

No dobrze, ale chyba rozpatrujecie panowie warunki domowe, gdzie rzeczywiscie nie ma szans na uzyskanie takiej mocy, ale gdyby evki staly sie bardziej popularne, to moze stacje "benzynowe" byloby stac na takie ladowarki.
  • EV Dreamer

Ale jak będą tańsze, to drugi większy akumulator może być w stacji szybkiego ładowania ,który może być ładowany powoli z sieci -prąd będzie droższy ale to może być używane przy dłuższych trasach gdzie jest to potrzebne...