18 آبان 1403 ساعت 12:48
یکی از مهم‌ترین دلایل عدم گرایش برخی افراد به اتومبیل‌های الکتریکی سرعت شارژ پایین آن‌هاست. آیا شارژ خودروهای برقی می‌تواند به اندازه بنزین زدن سریع باشد؟
خودروهای برقی پدیده‌هایی نسبتا جدیدتر از اتومبیل‌های احتراق داخلی به شمار می‌روند که قرار است تجربه‌ای هوشمندتر، بهتر و راحت‌تر از آن‌ها ارائه دهند. در مورد مزیت‌های اتومبیل‌های الکتریکی در مقایسه با خودروهای بنزینی گفتنی‌ها زیاد است؛ اما در بسیاری بازارهای مهم جهان از جمله آمریکا نرخ گرایش به این محصولات بسیار پایین است. بسیاری افراد دلیل اصلی این امر را زمان طولانی شارژ شدن خودروهای برقی در مقایسه با مدل‌های بنزینی می‌دانند. اما آیا می‌توان امیدوار بود که شارژ خودروهای برقی روزی به اندازه بنزین زدن سریع باشد؟
البته نرخ تطبیق خودروهای برقی در کشوری مانند نروژ حدود 93 درصد است. با این وجود تنها 10 درصد از خودروهایی که سال 2023 در کشور آمریکا به فروش رسیدند، برقی بوده‌اند. بسیاری کاربران از طولانی بودن فرآیند شارژ خودروهای برقی در کنار نگرانی‌هایی که از بابت پیمایش آن‌ها وجود دارد ابراز نگرانی کرده‌اند. با این وجود فناوری شارژ سریع در سال‌های اخیر پیشرفتهای فراوانی داشته و به دستاوردهای مهمی رسیده است.
شارژ کردن یک اتومبیل الکتریکی در مقایسه با بنزین زدن چقدر طول می‌کشد؟
تنها کاری که رانندگان خودروهای بنزینی برای ریختن بنزین در خودروی‌شان به آن نیاز دارند، توقف در یک پمپ بنزین، پر کردن باک و پرداخت هزینه است که ده دقیقه یا کمتر طول خواهد کشید. از سوی دیگر اما شارژرهای خودروهای برقی عملکردی عموما نرم افزاری داشته و نیازمند سنجش نوع و مدل باتری، میزان شارژ، نرخ خروجی توان و بسیاری جزئیات دیگر هستند. در این بین پرداخت الکترونیکی هزینه شارژ و رعایت معیارهای امنیتی نیز از دیگر مواردی هستند که سرعت این شارژرها را در مقایسه با بنزین زدن به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند.
از طرف دیگر باید توجه کرد که سرعت شارژ خودروهای الکتریکی نه فقط به مدل خودرو بلکه به شارژر مورد استفاده نیز بستگی دارد. اکثر افرادی که در منزل خود به شارژ خودروشان می‌پردازند از شارژرهای نوع 2 برای این کار استفاده می‌کنند که هرچند از شارژرهای نوع 1 سریع‌تر است؛ اما همچنان برای شارژ کامل باتری چند ساعتی زمان نیاز دارد. از سوی دیگر، شارژرهای سطح 3 نیز با این که سرعت بسیار بالایی داشته و قادرند طی تنها سی دقیقه 80 درصد از ظرفیت باتری خودرو را شارژ کنند، اما استفاده مکرر از آن‌ها در درازمدت به سلامت باتری خودروی‌تان آسیب خواهد زد.
بنابراین باتری‌های نوع 3 را تنها می‌توان به‌صورت دوره‌ای و در شرایط خاصی مثل ابتدای یک مسافرت مورد استفاده قرار داد. در کنار تمامی این موارد باید دقت کرد که وضعیت آب و هوا و گرما و سرمای شدید نیز تاثیر چشمگیری روی سرعت شارژ باتری خودروی برقی شما دارد.
چرا امکان شارژ سریع تر خودروهای برقی وجود ندارد؟
سه فاکتور عمده در تعیین سرعت شارژ باتری خودروهای برقی نقش دارند: ساختار شیمیایی باتری، اندازه آن و وضعیت آب و هوا. خودروهای الکتریکی مدرن عموما از باتری‌های یون لیتیوم استفاده می‌کنند که هرچند به‌مراتب حرفه‌ای‌تر و پیشرفته‌تر از موتورهای احتراق داخلی است، در زمینه‌های شارژ شدن، چگونگی خنک شدن و جریان انرژی بسیار حساس‌تر طراحی شده است.
زمانی که خودروی الکتریکی خود را به شارژر متصل می‌کنید یون‌های لیتیوم در داخل الکترولیت مایع از کاتد به سمت آند حرکت می‌کنند. سرعت این جابجایی می‌تواند به‌طور مستقیم نحوه شارژ باتری را دستخوش تغییر کند. برای مثال، اگر یون‌ها بیش از حد سریع حرکت کنند می‌توانند باعث داغ کردن باتری، کاهش شارژدهی آن و در مواقع نادر، رسوب لیتیوم شوند.
رسوب لیتیوم به‌طور خاص پدیده‌ای خطرناک است و در آن لیتیوم به‌جای وارد شدن به آند روی دیواره‌های آن رسوب کرده و ضمن افزایش خطر اتصال کوتاه در دستگاه احتمال آتش‌سوزی را افزایش می‌دهد. به همین دلیل باتری خودروهای الکتریکی عموم از معیارهای ایمنی مخصوصی استفاده می‌کنند که میزان توان ورودی را کنترل می‌کند. برای مثال اگر باتری شما توان دریافت حداکثر توان 50 کیلوواتی را داشته باشد، حتی وصل کردن آن به یک شارژ فوق سریع 350 کیلوواتی نیز تاثیری بر توان ورودی‌اش نخواهد داشت. طبیعتا باتری‌های بزرگتر در این شرایط به زمان بیشتری برای شارژ نیاز خواهند داشت.
البته در این میان از اثر هوای سرد روی سرعت شارژ نیز نباید غافل شد. در دمای سرد الکترولیت مایع درون باتری خودروهای برقی اندکی ضخیم‌تر و سفت‌تر شده و عبور یون‌های لیتیوم از درون آن با سرعت پایین‌تری انجام می‌شود و در نتیجه این اتفاق، شارژ خودروهای برقی در زمستان بسیار کندتر انجام می‌شود. در این شرایط همچنین ممکن است ترمز احیاکننده نیز از کار افتاده و باتری خودرو نیز با سرعت بیشتری خالی شود.
آیا با تغییر نوع باتری در خودروهای الکتریکی می‌توان سرعت شارژ آن‌ها را افزایش داد؟
بسیاری محققان و صاحب‌نظران در حوزه باتری خودروهای الکتریکی معتقدند که تغییر ساختار شیمیایی باتری می‌تواند باعث افزایش سرعت فرآیند شارژ باتری لیتیومی و در نتیجه کاهش مدت زمان مورد نیاز برای شارژ باتری شود. یکی از امیدوارکننده‌ترین طرح‌ها در این خصوص، جایگزینی الکترولیت مایع در باتری‌های لیتیوم یونی عادی با ماده‌ای جامد و ساخت باتری‌های حالت جامد است.
این کار دو مزیت بزرگ برای باتری خودروهای برقی خواهد داشت: ایمنی بالاتر و احتمال داغ کردن کمتر.
از آنجا که الکترولیت‌های مایع درون باتری‌های مدرن اشتعال‌پذیر هستند، طراحی‌های حالت جامد گزینه‌های مطمئن‌تری به شمار می‌روند. به کمک این فناوری همچنین می‌توان از مواد دیگری برای آند استفاده کرد که مقاومت بیشتری در برابر رسوب لیتیوم داشته باشند. برای مثال استفاده از فلز لیتیوم نه تنها مشکل رسوب‌گیری را حل می‌کند، بلکه توان ذخیره انرژی باتری را نیز به‌طور قابل توجهی افزایش خواهد داد.
البته باتری‌های حالت جامد نیز با وجود تمام مزیت‌های‌شان دارای معایبی هستند. برای مثال ایجاد رشته‌های لیتیومی درون باتری می‌تواند باعث بروز اتصال کوتاه در آن شود. با این وجود حتی در این شرایط نیز بسیاری کارشناسان عقیده دارند با استفاده از کامپوزیت‌هایی خاص می‌توان احتمال شکل‌گیری رشته‌های لیتیومی را به حداقل رسانده و باتری‌هایی ایمن و سریع روانه بازار کرد. در همین راستا برخی افراد معتقدند باتری‌های با توانایی شارژ فوق سریع احتمالا طی پنج سال آینده وارد بازار خواهند شد.
دستاوردهای جدید کمپانی چینی CATL که نامی سرشناس در حوزه باتری خودروهای برقی به شمار می‌رود، به‌خوبی گویای حرکت صنعت در مسیر دستیابی به باتری‌های فوق سریع است. این کمپانی چندی پیش ادعا کرد که موفق به توسعه یک فناوری شارژ سریع شده که توان لازم برای پیمایش 250 مایلی را طی تنها 10 دقیقه فراهم می‌کند. برای مقایسه باید بدانید که سریع‌ترین فناوری شارژ کنونی تسلا طی 15 دقیقه توان لازم برای پیمایش 200 مایل را فراهم می‌کند.
در این میان البته باید توجه کرد که باتری‌های حالت جامد قطعا باعث افزایش چشمگیر قیمت خودروهای الکتریکی خواهند شد. باتری خودروهای الکتریکی همین الان نیز بسیار گران‌قیمت به شمار می‌روند. بنابراین فناوری‌های جدید و پیشرفتهای مثل استفاده از مدل‌های حالت جامد قطعا هزینه آن‌ها را به‌طور قابل توجهی افزایش خواهد داد. این مساله طبیعتا گرایش رانندگان آمریکا و بسیاری نقاط دیگر جهان به خودروهای برقی را بیش از پیش کاهش خواهد داد.
آیا می‌توان به آینده باتری اتومبیل‌های برقی امیدوار بود؟
در حال حاضر اکثر صاحبان خودروهای برقی از شارژرهای 120 یا 240 ولتی در منزل‌های خود برای شارژ اتومبیل‌های برقی‌شان استفاده می‌کنند که این مساله فشار زیادی به شبکه برق شهری وارد می‌کند. بنابراین اگر قرار باشد خودروهای برقی در دنیا فراگیر شوند، توسعه زیرساخت‌های مرتبط با آن یکی از نیازهای اولیه خواهد بود.
در عین حال باید توجه کرد که تاسیس زیرساخت‌های شارژ سریع باتری خودروهای الکتریکی طبیعتا باعث افزایش فشار به شبکه توزیع برق و وارد شدن صدمات احتمالی بسیار به این بخش مهم از زیرساخت می‌شود. در این خصوص البته یک استارتاپ آمریکایی به نام It’s Electric با نصب شارژرهایی اختصاصی که انرژی خود را به‌جای شبکه توزیع برق شهری از ساختمان‌ها تامین می‌کنند دنبال حل این مشکل است.
در این میان البته خودروهای هیبریدی نیز گزینه‌هایی منطقی برای رانندگانی به شمار می‌روند که هم به فکر کاهش مصرف بنزین و مقابله با آلودگی هوا هستند و هم آمادگی لازم برای خرید یک خودرو الکتریکی را ندارند.
علاوه بر این، تامین انرژی خودروهای الکتریکی از طریق جاده‌های مولد نیز راهکار دیگری است که می‌تواند نگرانی‌های موجود از بابت شارژ این دسته اتومبیل‌ها را کاهش دهد. این دسته جاده‌ها در برخی کشورهای پیشرفته دنیا به‌خوبی توسعه داده شده و مورد استفاده قرار دارند. با این وجود فراگیری آن‌ها نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی خواهد بود. در عین حال بسیاری صاحب‌نظران معتقدند که ماهیت متفاوت خودروهای الکتریکی در مقایسه با مدل‌های بنزینی نیازمند اتخاذ تدابیر متفاوت به‌جای تلاش برای تاسیس شارژرهای سیار بیشتر است. به همین دلیل به نظر می‌رسد ایده شارژ خودروهای برقی از طریق جاده‌های مولد در آینده با استقبال بسیار بیشتری روبرو شود.
source