Епохата на въглищата отдавна вече е само спомен. Епохата на петрола също си отива. В третото десетилетие на ХХI век вече ясно сме прекрачили в епохата на батериите.
ВТОРАТА ТЕНДЕНЦИЯ Е в навлизането на възобновяемата енергетика и внезапно възникналото разминаване между пиковете в производството и потреблението на електричество. В миналото бе лесно: когато домакините включат печките и телевизорите вечер, и потреблението рязко нарастне, операторите на ТЕЦ и АЕЦ трябва просто да увеличат мощността. Но при генерацията от слънце и вятър няма как да го сторят: пикът в производството най-често е по време, когато потреблението е в най-ниското си ниво. Следователно енергията трябва някак да се съхрани. Вариант е т. нар. "водородно общество", при което електричеството се превръща във водород и после чрез горивни клетки захранва мрежата и електромобилите. Но необикновено високата цена на нужната инфраструктура и лошите спомени на човечеството от водорода ("Хинденбург" и пр.) засега оставят тази концепция на заден план.
ДРУГ ВЪЗМОЖЕН ОТГОВОР на този проблем обещава третата тенденция: на подмяна на двигателите с вътрешно горене от електромобили с батерии (BEV). Един от основните аргументи за тези електромобили е, че те могат да бъдат активни участници в електропреносната мрежа и да поемат излишъците от нея, за да ги отдадат обратно при нужда. Всеки производител на електромобили, от Tesla до Volswagen, се заиграва с тази идея в PR-материалите си. Нито един от тях обаче няма да признае онова, което е болезнено ясно за инженерите: съвременните батерии не са годни за подобна експлоатация.
ЛИТИЕВО-ЙОННАТА ТЕХНОЛОГИЯ, която доминира на пазара днес и захранва от фитнес-гривната ви до най-бързата Tesla Model S, има множество предимства спрямо по-стари концепции като оловно-киселинните или никел-металхидридните батерии. Но тя има и някои от техните ограничения, и най-вече - склонността да старее.
Повечето хора си представят батериите като един вид туби, в които по някакъв начин се "сипва" електричество. На практика обаче батериите не съхраняват самото електричество. Те го използват, за да задействат в себе си определени химични реакции. После могат да стартират противоположните реакции, и да отдадат обратно заряда си.
При литиево-йонните батерии реакцията, при която се отдава електричество, изглежда така: в анода в батерията се образуват литиеви йони. Това са литиеви атоми, които са загубили по един електрон. Йоните се придвижват през течния електролит към катода. А освободените електрони се насочват по електрическата верига, осигурявайки нужната ни енергия. Когато батерията бъде включена да се зарежда, процесът се обръща и йоните се събират със загубените електрони.
ЗА СЪЖАЛЕНИЕ ОБАЧЕ ВИСОКАТА РЕАКТИВНОСТ, която прави лития толкова подходящ за изграждането на батерии, носи и негативна страна - той е склонен да участва и в други, нежелани химични реакции. Затова постепенно върху анода се образува фино покритие от литиеви съединения, което пречи на реакциите. И така капацитетът на батерията намалява. Колкото по-интензивно се зарежда и разрежда тя, толкова по-дебело става това покритие. В определени моменти то може дори да пусне т. нар. "дендрити" - представете си нещо като сталактити от литиеви съединения - които се протягат от анода към катода и ако го достигнат, могат да предизвикат късо съединение и запалването на батерията.
Всеки цикъл на зареждане и разреждане съкращава живота на литиево-йонния акумулатор. Но бързото зареждане с трифазен ток, което е толкова модерно напоследък, ускорява значително процеса. При смартфоните това не е особена пречка за производителите, които така или иначе искат да принудят потребителите да сменят устройствата си на всеки две-три години. Но при автомобилите е проблем.
ЦЕНАТА НА БАТЕРИЯТА Е ОКОЛО ЕДНА ТРЕТА и дори повече от цялата цена на един днешен електромобил. За да успокоят клиентите си, че не си купуват тиктакаща бомба, всички производители дават отделна и по-дълга гаранция за батериите. В същото време, за да направят колите си привлекателни и за по-дълги пътувания, те залагат на все по-бързо зареждане. Доскоро най-бързите зарядни станции действаха при 50 киловата. Но новият Mercedes EQC може да се зарежда при 110 кВт, Audi e-tron - и при 150 киловата, колкото предлагат европейските зарядни станции на Ionity, а Tesla се готви да вдигне летвата още по-нагоре. Онова, което тези производители признават само с половин уста, е, че редовното бързо зареждане унищожава батериите. Станции като тези на Ionity са по-скоро за извънредни случаи, когато човек е тръгнал на дълъг път и не разполага с много време. Иначе разумният подход е батерията да се зарежда бавно у дома.
За продължителността на живота й има значение също доколко се зарежда и разрежда. Затова повечето производители не препоръчват зареждане над 80%, и разреждане под 20%. При такъв подход една литиево-йонна батерия губи средно около 2 на сто от капацитета си на година. По този начин може да прослужи 10 години, или до около 200 000 км, преди капацитетът й да падне дотолкова, че да не е подходяща за употреба в автомобил.