Att reparera bil- och elcykelbatterier sparar pengar och resurser, men problem håller tillbaka branschens tillväxt
Rich Benoit får samtal ungefär tre gånger om dagen från ägare till en gammal Tesla Model S vars batteri har börjat gå sönder i hans bilaffär, The Electrified Garage.Batterier som kan ge hundratals mils räckvidd kan plötsligt bara hålla 50 mil på en laddning.Dessa fordon kommer ofta inte med en garanti, och batteribyte kan kosta uppemot $15 000.
För de flesta produkter är reparation ett mer ekonomiskt alternativ än utbyte.Benoit, som driver en av de få oberoende Tesla-verkstäderna i USA, sa att många Tesla-batterier teoretiskt går att reparera.Men på grund av tiden och utbildningen, säkerhetsproblem och komplexiteten i reparationen, säger Benoit att reparation av ett bilbatteri i sin butik kan kosta upp till 10 000 USD, mer än de flesta konsumenter är villiga att betala.Istället väljer många att sälja eller skrota sina gamla bilar och sedan köpa en helt ny Tesla, sa han.
"[Bilen] är nästan som en förbrukningsvara nu, som en TV," sa Benoit.
Benoits erfarenhet pekar på ett problem som tidiga användare av elfordon och elektriska mikromobilitetsenheter som e-cyklar och e-skotrar börjar möta: Dessa fordon innehåller stora, dyra batterier som blir oöverkomliga med tiden.Att återtillverka dessa batterier kan ge hållbarhetsfördelar genom att spara energi och resurser som annars skulle användas för att tillverka nya batterier.Detta är särskilt viktigt för elfordon, som innehåller mycket stora batterier som måste användas i åratal för att kompensera för de koldioxidutsläpp som genereras under tillverkningen.Men många elfordon och elfordonsbatterier är designade för att vara svåra att reparera, och vissa tillverkare avråder aktivt från detta, med hänvisning till säkerhetsproblem.Designproblem, säkerhetskrav och reservdelsbrist gör det svårt för de få oberoende mekaniker som har till uppgift att serva elfordons- eller elcykelbatterier att ha råd med reparationer.
"Det finns många batterier i papperskorgen som kan renoveras", säger Timothée Rouffignac, som driver ett litet batterireparationsföretag för elcykel som heter Daurema i Bryssel, Belgien.Men "eftersom de inte är avsedda att repareras är det svårt att hitta ett bra pris."
Litiumjonbatterier i smartphones innehåller en "cell" som består av en grafitanod, en metallkatod och en flytande elektrolyt som gör att litiumjoner kan röra sig från den ena sidan till den andra, vilket skapar en elektrisk potential.Elcykelbatterier innehåller vanligtvis dussintals celler.Samtidigt kan elfordonsbatterier innehålla hundratals till tusentals individuella celler, som ofta är förpackade i "moduler" och sedan kombineras till batteripaket.Utöver cellerna och modulerna inkluderar batterier för elfordon och elcykel ofta ett batterihanteringssystem som övervakar batteriets hälsa och kontrollerar laddnings- och urladdningshastigheter.
Alla litiumjonbatterier försämras med tiden och kommer så småningom att behöva bytas ut.Men när ett batteri innehåller många enskilda celler och andra komponenter, kan dess livslängd ibland förlängas genom reparation, en process som involverar identifiering och ersättning av skadade celler eller moduler, samt reparation av andra felaktiga komponenter, till exempel ett felaktigt batterihanteringssystem.I vissa fall behöver bara en modul bytas ut.Att byta ut denna modul, snarare än att byta ut hela batteriet, minskar behovet av metaller som litium, såväl som koldioxidutsläppen som är förknippade med att producera ett ersättningsbatteri (eller en ny bil).Detta gör batterirenovering "idealiskt för en cirkulär ekonomi (ett system som sparar och återanvänder resurser)", säger Gavin Harper, en forskare som studerar batterihållbarhet vid University of Birmingham i Storbritannien.
Även om det inte nödvändigtvis är billigt, kan du spara pengar genom att låta reparera ditt batteri.Vanligtvis kostar att reparera ett elbilsbatteri ungefär hälften av kostnaden för ett nytt batteri.Cox Automotive uppskattar att sedan det började erbjuda reparationstjänster för elbilar 2014, har det sparat mer än 1 gigawattimme batterier, tillräckligt för att driva cirka 17 000 nya elfordon från för tidig kassering.
"Det finns många anledningar till varför reparation är mer kostnadseffektiv än utbyte", sa Helps till Grist.
Men experter säger att batterireparationer är farliga och inte bör göras hemma eller av nybörjare.Om batteriet skadas under reparation kan det orsaka kortslutning, vilket kan leda till brand eller explosion.Underlåtenhet att bära lämpliga högspänningshandskar när du försöker reparera kan leda till elektriska stötar.Om du inte vet vad du gör, "leker du med elden", säger John Matna, ägare till elcykelverkstaden Chattanooga Electric Bike Co. Han noterade att vissa elcykelbatterier innehåller "tillräckligt med ström för att döda en person."
Det hjälper att säga att batterirekonditionering kräver åtminstone högspänningsutbildning, elektrisk erfarenhet, personlig skyddsutrustning och "en grundläggande förståelse för arkitekturen och hur batterier fungerar."De som vill reparera EV-batterier behöver också utrustning för att lyfta fordonet från marken och fysiskt ta bort batteriet, som kan väga tusentals pund.
"Väldigt få människor kan eller borde ens försöka något sådant här," sa Benoit.
Men även de med rätt utbildning har ofta svårt att reparera elfordons- eller elcykelbatterier på grund av sin design.Många elcykelbatterier kommer i hållbara plastlådor som är svåra, för att inte säga omöjliga, att öppna utan att skada de interna komponenterna.Inuti ett elcykelbatteri eller individuella EV-batterimoduler är cellerna ofta limmade eller sammansvetsade, vilket gör dem svåra eller omöjliga att byta ut individuellt.Dessutom, som en rapport från Europeiska miljöbyrån 2021 framhåller, innehåller vissa elbilsbatterier programvara som kan få batteriet att stängas av om det finns tecken på manipulering.
Tillverkare hävdar att deras batterier är designade för att förbättra säkerhet, hållbarhet och prestanda, men detta kan komma på bekostnad av reparationsbarheten, eftersom många tillverkare som täcker garantiperioden (vanligtvis två år för stora märken och e-cykelmärken) erbjuder ersättningar gratis eller med rabatt.batterier.Elfordon håller 8 till 10 år eller 100 000 miles).Reparationsförespråkare, å andra sidan, hävdar att modulkonstruktioner med vändbara fästelement som avtagbara klämmor eller tejp inte nödvändigtvis äventyrar säkerheten och att fördelarna med reparationsdesigner vida överväger kostnaderna.
Europeiska politiker börjar lyssna på förespråkare.I augusti antog EU en ny förordning som syftar till att göra batterier mer miljövänliga.Den innehåller bland annat en bestämmelse som kräver att batterier som används i elcyklar och andra ”lätta fordon” som e-skotrar ska servas av oberoende fackmän, ner till individuell cellnivå.Den europeiska e-cykelindustrin har starkt motsatt sig regeln på grund av farhågor om säkerhet, battericertifiering och juridiskt ansvar, och brottas nu med hur man ska följa.
"Vi tittar fortfarande på hur vi kan möta kraven i de nya EU-batteriföreskrifterna samtidigt som vi följer tillämpliga säkerhetsföreskrifter och våra höga kvalitetsstandarder", säger elcykelbatteritillverkaren Bosch till Grist.Bosch noterade de utmaningar som tillverkarna står inför."Den motsatta trenden ses i USA", där "strängare regler och högre standarder införs för elcykelbatterier och system."
Faktum är att Federal Consumer Product Safety Commission nyligen meddelade att den granskar reglerna för e-cyklar och deras batterier.Det kommer efter att en ström av elcykelbatterier nyligen också föranlett lokala politiska åtgärder.New York City Council ändrade nyligen sin brandkod för att förbjuda "montering eller reparation av litiumjonbatterier" från använda batterier från andra batterier, vilket reparatörer ibland gör.
Staden har också nyligen antagit lagstiftning som kräver att elfordonstillverkare ska säkerställa att deras produkters batterier är certifierade enligt UL 2271 designstandarden, som är avsedd att förbättra säkerheten.Återtillverkade batterier uppfyller dessa krav, säger Ibrahim Jilani, global chef för konsumentteknologi för UL Solutions, ett multinationellt företag som testar säkerhetscertifieringsstandarder för ett brett utbud av industri- och konsumentprodukter och material.En standard.Men Gilani sa att reparationsföretag måste "behålla designen som den var före reparationen", inklusive att använda batterier och elektroniska komponenter av samma märke och modell.Batteriverkstäder måste också genomgå UL-inspektioner på plats fyra gånger om året, vilket kommer att kosta dem mer än $5 000 per år, sa Jilani.*
Jämfört med elcyklar har lagstiftare varit relativt avslappnade när det gäller att reparera elbilsbatterier.Det finns inga specifika lagar eller förordningar i USA som tar upp detta problem.EU:s nya batteriregler tar inte heller upp reparationer av elfordonsbatterier, utan rekommenderar helt enkelt att lagstiftare uppdaterar individuella fordonsregler "för att säkerställa att dessa batterier kan tas bort, bytas ut och demonteras."
Den tyska försäkringsföreningen GDV "stödjer starkt" idén, sa en talesman till Grist.I oktober publicerade gruppen resultaten av en studie som fann att elfordon kostar en tredjedel mer att reparera än jämförbara bensindrivna fordon, ett resultat som delvis förklaras av de höga kostnaderna för att reparera eller byta batterier.
"Många biltillverkare kommer inte att tillåta batterireparationer även om batterilådan är något skadad," sa en talesperson för GDV till Grist.Biltillverkare bestämmer sig ibland för att byta ut batteriet om bilen har varit med om en olycka där krockkudden utlöstes.Båda metoderna "kan resultera i ökade reparationskostnader" och i slutändan högre försäkringspremier, sade talespersonen.
Nya regler om reparationer av elbilsbatterier kommer vid en kritisk tidpunkt.Cox Automotive's Helps sa att det finns två samtidiga trender inom EV-batteridesign: "Batterier kommer antingen att bli väldigt lätta att underhålla eller så kommer de inte att kunna underhålla dem alls."
Vissa batterier, som Volkswagen ID.4-batterierna, har moduler i legostil som är lätta att ta bort och byta ut.Andra batteripaket, som det nya Tesla 4680-batteripaketet, innehåller inga moduler alls.Istället limmas alla celler ihop och fästs på själva batteripaketet.Helps beskriver den här designen som "irreparabel".Om ett skadat batteri hittas måste hela batteriet bytas ut.
"Det är fortfarande ett helt återvinningsbart batteri," sa Helps."Du kan bara inte fixa det."
Den här artikeln publicerades ursprungligen av Grist, en ideell medieorganisation som täcker klimat, rättvisa och lösningar.
Scientific American är en del av Springer Nature, som äger eller har kommersiella relationer med tusentals vetenskapliga publikationer (av vilka många finns på www.springernature.com/us).Scientific American har en strikt policy för redaktionellt oberoende när det gäller att rapportera vetenskapliga framsteg till våra läsare.
Posttid: 2023-12-26