Mobil listrik kamari, dinten ayeuna, énjing: bagian 3

Istilah "batré lithium-ion" nyumputkeun rupa-rupa téknologi.

Hiji hal anu pasti - salami éléktrokimia litium-ion tetep teu robih dina hal ieu. Teu aya téknologi panyimpen énergi éléktrokimia sanés anu tiasa bersaing sareng litium-ion. Intina, kumaha ogé, aya desain anu béda-béda anu ngagunakeun bahan anu béda pikeun katoda, anoda sareng éléktrolit, anu masing-masing gaduh kaunggulan anu béda-béda dina hal daya tahan (jumlah siklus muatan sareng ngaleupaskeun dugi ka kapasitas sésa anu diidinan pikeun kendaraan listrik. tina 80%), kakuatan husus kWh / kg, harga euro / kg atawa kakuatan pikeun rasio kakuatan.

Balik kana waktos

Kamungkinan ngalaksanakeun prosés éléktrokimia dina disebut. Sél litium-ion asalna tina pamisahan proton litium sareng éléktron tina simpang litium dina katoda nalika ngecas. Atom litium gampang nyumbangkeun salah sahiji tina tilu éléktronna, tapi pikeun alesan anu sami réaktif pisan sareng kedah diisolasi tina hawa sareng cai. Dina sumber tegangan, éléktron mimiti mindahkeun sapanjang sirkuit maranéhanana, sarta ion diarahkeun ka anoda karbon-lithium sarta, ngaliwatan mémbran, disambungkeun ka dinya. Salila ngurangan, gerakan sabalikna lumangsung - ion balik deui ka katoda, sarta éléktron, kahareupna ngaliwatan beban listrik éksternal. Sanajan kitu, gancang-ayeuna ngecas sarta ngurangan pinuh ngakibatkeun formasi sambungan awét anyar, nu ngurangan atawa malah eureun fungsi batré urang. Gagasan pikeun ngagunakeun litium salaku donor partikel asalna tina kanyataan yén éta mangrupikeun logam anu paling hampang sareng gampang ngaleupaskeun proton sareng éléktron dina kaayaan anu pas. Sanajan kitu, élmuwan gancang abandoning pamakéan litium murni alatan volatility tinggi na, kamampuhna pikeun meungkeut hawa, sarta alesan kaamanan.

Batré lithium-ion anu munggaran diciptakeun dina taun 1970an ku Michael Whittingham, anu nganggo litium murni sareng titanium sulfida salaku éléktroda. Éléktrokimia ieu henteu dianggo deui, tapi leres-leres nempatkeun pondasi pikeun aki-aki lithium-ion. Dina taun 1970an, Samar Basu nunjukkeun kamampuan nyerep ion litium tina grafit, tapi berkat pangalaman waktos éta, aki-aki gancang ngarusak diri nalika dieusi sareng béak. Dina taun 1980an, pamekaran intensif mimiti mendakan sanyawa litium anu cocog pikeun katoda sareng anoda aki, sareng terobosan nyata sumping dina 1991.

NCA, NCM Lithium Cells ... naon ieu hartosna leres?

Saatos ékspérimén sareng sababaraha sanyawa litium taun 1991, usaha para ilmuwan dinobatkeun kalayan suksés - Sony ngamimitian produksi masal batré litium-ion. Ayeuna, batré tina tipe ieu boga kakuatan kaluaran pangluhurna sarta kapadetan énergi, sarta paling importantly, poténsi signifikan pikeun pangwangunan. Gumantung kana sarat batré, pausahaan nu ngarobah kana rupa sanyawa litium salaku bahan katoda. Ieu téh litium kobalt oksida (LCO), sanyawa jeung nikel, kobalt jeung aluminium (NCA) atawa jeung nikel, kobalt jeung mangan (NCM), litium beusi fosfat (LFP), litium mangan spinel (LMS), litium titanium oksida (LTO). jeung sajabana. Éléktrolit nyaéta campuran uyah litium sareng pangleyur organik sareng penting pisan pikeun "mobilitas" ion litium, sareng separator, anu tanggung jawab pikeun nyegah sirkuit pondok ku cara permeabel ka ion litium, biasana poliétilén atanapi polipropilén.

Kakuatan kaluaran, kapasitas, atanapi duanana

Ciri anu paling penting tina batré nyaéta kapadetan énergi, reliabilitas sareng kaamanan. Batré anu ayeuna dihasilkeun nutupan rupa-rupa kualitas ieu sareng, gumantung kana bahan anu dianggo, ngagaduhan kisaran énergi khusus 100 dugi 265 W / kg (sareng kapadetan énergi 400 dugi 700 W / L). Anu pangsaéna dina hal ieu nyaéta batré NCA sareng LFP anu pang parah. Nanging, bahanna mangrupikeun salah sahiji sisi koin. Pikeun ningkatkeun énergi sareng kapadetan énergi khusus, rupa-rupa nanostruktur digunakeun pikeun nyerep langkung seueur bahan sareng nyayogikeun konduktivitas anu langkung luhur tina aliran ion. Sajumlah ageung ion, "disimpen" dina sanyawa anu stabil, sareng konduktivitas mangrupikeun prasarat pikeun ngeusi langkung gancang, sareng pamekaran diarahkeun ka arah ieu. Dina waktos anu sami, desain batréna kedah nyayogikeun rasio kakuatan-ka-kapasitas anu dibutuhkeun gumantung kana jinis drive. Salaku conto, hibrida plug-in kedah ngagaduhan rasio kakuatan-ka-kapasitas anu langkung luhur kusabab alesan anu jelas. Perkembangan dinten ayeuna difokuskeun kana aki sapertos NCA (LiNiCoAlO2 kalayan katoda sareng grafit anoda) sareng NMC 811 (LiNiMnCoO2 kalayan katoda sareng anoda grafit). Anu tilas ngandung (di luar lithium) sakitar 80% nikel, 15% kobalt sareng 5% aluminium sareng ngagaduhan énergi khusus 200-250 W / kg, anu hartosna yén aranjeunna ngagaduhan panggunaan kobalt kritis sareng umur jasa dugi ka 1500 siklus. Batré sapertos kitu bakal didamel ku Tesla di Gigafactory na di Nevada. Nalika éta ngahontal kapasitas anu rencanana na (dina taun 2020 atanapi 2021, gumantung kana kaayaan), pabrik bakal ngahasilkeun 35 GWh aki-aki, cekap pikeun nguarkeun 500 kendaraan. Ieu salajengna bakal ngirangan biaya batréna.

Batré NMC 811 gaduh énergi spésifik anu rada handap (140-200W / kg) tapi umurna langkung panjang, ngahontal 2000 siklus pinuh, sareng 80% nikel, 10% mangan sareng 10% kobalt. Ayeuna, sadaya pabrik batré nganggo salah sahiji tina dua jinis ieu. Hiji-hijina iwal nyaéta perusahaan Cina BYD, anu ngadamel batré LFP. Mobil anu dilengkepan ku aranjeunna langkung beurat, tapi henteu peryogi kobalt. Batré NCA langkung dipikaresep pikeun kendaraan listrik sareng NMC pikeun hibrida plug-in kusabab kaunggulan masing-masing dina hal dénsitas énergi sareng dénsitas kakuatan. Conto nyaéta e-Golf listrik kalayan rasio kakuatan/kapasitas 2,8 sareng plug-in hybrid Golf GTE kalayan rasio 8,5. Dina nami nurunkeun harga, VW intends ngagunakeun sél sarua keur sakabeh tipe accu. Sareng hiji deui - langkung ageung kapasitas batré, langkung seueur jumlah discharges sareng muatan pinuh, sareng ieu ningkatkeun umur jasana, janten - langkung ageung batréna, langkung saé. Anu kadua nyaéta masalah hibrida.

Tren pasar

Ayeuna, paménta batré pikeun tujuan transportasi parantos ngaleuwihan paménta pikeun produk éléktronik. Masih diperkirakeun yén 2020 juta kendaraan listrik per taun bakal dijual sacara global ku 1,5, anu bakal ngabantosan ngirangan biaya batré. Taun 2010, harga 1 kWh sél litium-ion sakitar 900 euro, sareng ayeuna kirang ti 200 euro. 25% tina biaya sakabéh batré pikeun katoda, 8% pikeun anoda, separator jeung éléktrolit, 16% pikeun sakabéh sél batré sejen tur 35% keur desain batré sakabéh. Dina basa sejen, sél litium-ion nyumbang 65 persén pikeun biaya batré a. Perkiraan harga Tesla pikeun 2020 nalika Gigafactory 1 asup kana jasa sakitar 300 € / kWh pikeun batré NCA sareng hargana kalebet produk réngsé kalayan sababaraha PPN rata-rata sareng garansi. Masih harga anu cukup luhur, anu bakal terus turun kana waktosna.

Cadangan utama lithium aya di Argéntina, Bolivia, Chili, Cina, AS, Australia, Kanada, Rusia, Kongo sareng Sérbia, kalayan seuseueurna seueur anu ditambang ti situ anu garing. Nalika tambihan aki-aki beuki akumulasi, pasar pikeun bahan didaur tina aki-aki lami bakal ningkat. Anu langkung penting, nyaéta masalah kobalt, anu sanaos aya dina jumlah anu seueur, ditambang salaku produk sampingan dina produksi nikel sareng tambaga. Kobalt ditambang, sanaos konsentrasi na handap dina taneuh, di Kongo (anu ngagaduhan cadangan anu pangageungna), tapi dina kaayaan anu nangtang étika, moralitas sareng perlindungan lingkungan.

Téknologi canggih

Kedah diémutan yén téknologi anu ditampi salaku prospek pikeun waktos anu caket nyata saleresna henteu énggal, tapi mangrupikeun pilihan lithium-ion. Ieu, contona, aki-nagara padet, anu ngagunakeun éléktrolit padet tibatan cairan (atanapi gél dina batré lithium polimér). Solusi ieu nyayogikeun desain éléktroda anu langkung stabil, anu ngalanggar integritasna nalika ditagihkeun ku arus tinggi masing-masing. suhu luhur sareng beban tinggi. Ieu tiasa ningkatkeun arus ngecas, kapadetan éléktroda sareng kapasitansi. Batré nagara padet masih dina tahap pangembangan anu mimiti sareng henteu dipikaresep pencét produksi massal dugi ka pertengahan dékade.

Salah sahiji start-up anu meunang penghargaan dina Kompetisi Téknologi Inovasi BMW 2017 di Amsterdam mangrupikeun perusahaan anu bertenaga batré anu anoda silikonna ningkatkeun kapadetan énergi. Insinyur ngagarap rupa-rupa nanotéhnologi pikeun masihan kapadetan sareng kakuatan anu langkung ageung pikeun bahan anoda sareng katoda, sareng hiji solusi nyaéta nganggo graphene. Lapisan mikroskopis grafit ieu kalayan ketebalan atom tunggal sareng struktur atom héksagonal mangrupikeun bahan paling ngajangjikeun. "Bola graphene" anu dikembangkeun ku pabrik sél batréna Samsung SDI, dilebetkeun kana katoda sareng struktur anoda, nyayogikeun kakuatan anu langkung luhur, perméabilitas sareng kapadetan bahan sareng paningkatan kapasitas anu sakitar sakitar 45% sareng lima kali waktos ngecas langkung gancang. Téknologi ieu tiasa nampi dorongan anu paling kuat ti mobil Formula E, anu tiasa janten anu mimitina dilengkepan ku aki-aki sapertos kitu.

Pamaén dina tahap ieu

Pamaén utama salaku supplier Tier 123 sareng Tier 2020, nyaéta produsén sélulér sareng batré, nyaéta Jepang (Panasonic, Sony, GS Yuasa sareng Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam sareng SK Innovation), China (BYD Company) . , ATL sareng Lishen) sareng AS (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel and Valence Technology). Pemasok utama telepon sélulér ayeuna nyaéta LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Koréa), AESC (Jepang), BYD (Cina) sareng CATL (Cina), anu gaduh pangsa pasar dua per tilu. Dina tahap ieu di Éropa, aranjeunna ngan dilawan ku BMZ Grup ti Jerman sarta Northvolth ti Swédia. Kalayan peluncuran Tesla's Gigafactory di XNUMX, proporsi ieu bakal robih - perusahaan Amérika bakal nyababkeun XNUMX% tina produksi sél litium-ion di dunya. Perusahaan sapertos Daimler sareng BMW parantos nandatanganan kontrak sareng sababaraha perusahaan ieu, sapertos CATL, anu ngawangun pabrik di Éropa.