In che modo il tempo influisce sulla durata della batteria dei veicoli elettrici?

Quelli di noi che vivono in climi estremi incontrano un ostacolo comune quando si tratta di veicoli elettrici: come farà la durata della batteria a far fronte alle condizioni meteorologiche? Più vai a nord, più sussurri senti sull’effetto catastrofico che gli inverni hanno sulla durata della batteria, rendendo il tuo veicolo elettrico poco più che un costoso errore. Diamo un’occhiata più da vicino a come le batterie dei veicoli elettrici reagiscono al freddo e confrontiamolo con gli effetti del calore estremo.

Il freddo riduce la durata della batteria dei veicoli elettrici?

NAF

Uno studio su 20 dei modelli di auto elettriche più venduti in Norvegia mostra che il freddo riduce l’autonomia in media del 18,5% rispetto alla loro autonomia nominale.

Per capire perché, dobbiamo guardare alla natura della resistenza elettrica. La resistenza è il modo in cui un determinato materiale si oppone a una corrente elettrica. I metalli come il rame hanno una bassa resistenza, motivo per cui li usiamo per creare circuiti. Nel frattempo, la gomma ha un’elevata resistenza, quindi la mettiamo all’esterno dei cavi per evitare che gli utenti vengano colpiti.

Se si tiene conto del riscaldamento dell’abitacolo, l’autonomia dei veicoli elettrici diminuisce del 41%.

Questa conduttività è per lo più dettata da quanto spazio hanno gli atomi di questi materiali nel loro strato di elettroni più esterno per far sfrecciare più elettroni. All’aumentare del calore, quegli atomi iniziano a muoversi molto di più, rendendo più difficile per gli elettroni muoversi attraverso il materiale in modo efficiente senza urtarsi l’uno contro l’altro. D’altra parte, un materiale più freddo ha atomi che non si muovono molto, rendendo più facile l’attraversamento degli elettroni. Questo fenomeno consente i superconduttori, che possono mantenere una carica elettrica indefinitamente a condizione che la temperatura rimanga molto bassa.

Sembra fantastico, ma perché allora le prestazioni della batteria precipitano al freddo? Dopotutto, le basse temperature non dovrebbero facilitare la trasmissione elettrica? Un problema è che un veicolo elettrico utilizza molti sistemi supplementari al freddo che altrimenti non usano. AAA stima che quando si tiene conto del riscaldamento dell’abitacolo, l’autonomia dei veicoli elettrici diminuisce del 41%.

Anche il freddo influisce negativamente sulla chimica della batteria. Ci sono strati di grafite sul lato dell’anodo di una cella della batteria, tra i quali riposano gli ioni di litio. Quando vengono scaricati, quegli ioni attraversano il separatore di elettroliti liquido verso il lato del catodo per incontrarsi con gli elettroni che hanno intrapreso la strada panoramica attraverso il motore EV. L’elettrolita liquido diventa più viscoso con il freddo e alla fine si congela. Questo cambiamento di stato aumenta la resistenza, diminuendo così le prestazioni della batteria.

Un diagramma che mostra come si formano i dendriti in una batteria.
QuantumScape

Con quella maggiore resistenza, gli ioni di litio hanno difficoltà a annidarsi tra gli strati di grafite durante la carica, quindi iniziano invece a placcarsi direttamente sulla superficie della grafite. Questo litio si accumula nel tempo, specialmente quando si carica rapidamente al freddo in strutture chiamate dendriti. Questi dendriti rendono più difficile per gli ioni in futuro stabilirsi correttamente tra gli strati di grafite, riducendo la capacità massima della batteria. Peggio ancora, se quei dendriti diventano abbastanza grandi da perforare lo strato separatore anodo/catodo, la batteria va in cortocircuito ed è kaput. I pacchi batteria per veicoli elettrici hanno strati termici intrecciati nelle loro celle per regolare la temperatura, evitare la crescita accelerata dei dendriti e mantenere la conduttività degli elettroliti a basse temperature, ma spesso saresti fortunato a raggiungere il pareggio con la potenza necessaria per riscaldare le batterie a un livello utilizzabile livello.

L’avvento delle batterie allo stato solido potrebbe un giorno aiutarci a evitare i problemi di uno spostamento solido-liquido negli elettroliti. Detto questo, i dendriti saranno ancora un problema a lungo termine, inoltre le batterie a stato solido necessitano ancora di temperature relativamente elevate per condurre l’energia. Incrociamo le dita per futuri progressi.

Il riscaldamento è un’area in cui le auto a gas hanno un netto vantaggio. I motori a combustione interna sprecano circa il 60% della loro energia sotto forma di calore, gran parte del quale viene restituito alla cabina per il riscaldamento durante l’inverno. Le estati sono un po’ più impegnative, ma anche in questo caso l’aria condizionata non dovrebbe influire sul chilometraggio di oltre il 20%.

Il calore riduce la capacità della batteria dei veicoli elettrici?

Per quanto il freddo suoni, il caldo estremo è ancora peggio per le batterie dei veicoli elettrici. Il calore elevato avvia reazioni chimiche che producono gas e altri sottoprodotti che deteriorano la capacità di carica della batteria. Quel gas può quindi espandersi e violare l’involucro della cella della batteria. Questo è il motivo per cui a volte vedrai “cuscini piccanti” – batterie gonfie sull’orlo del fallimento – nell’elettronica personale. Nel peggiore dei casi, questa volatilità porta a esplosioni, sebbene i sistemi di gestione della batteria dei veicoli elettrici siano abbastanza avanzati da fornire avvisi ben prima che le cose si mettano così male.

Nonostante sia necessario un intervallo di temperatura abbastanza confortevole per far funzionare le batterie dei veicoli elettrici, l’autonomia è migliorata notevolmente rispetto agli anni precedenti. Anche con forti tagli di autonomia, dovresti comunque andare bene per la guida urbana quotidiana con un EV in inverno. Se l’ansia da autonomia è ancora difficile da superare prima di fare il grande passo, prendi in considerazione un ibrido in modo da poter avere quel backup di gas quando le cose diventano particolarmente fredde.

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