Electric car kagahapon, karon, ugma: bahin 3

Ang pulong nga "lithium-ion baterya" nagtago sa lainlaing mga teknolohiya.

Usa ka butang ang sigurado - basta ang electrochemistry sa lithium-ion nagpabilin nga wala mausab niining bahina. Wala’y lain nga teknolohiya sa pagtipig sa enerhiya sa electrochemical nga mahimong makigkompetensya sa lithium-ion. Ang punto, bisan pa, mao nga adunay lain-laing mga disenyo nga naggamit sa lain-laing mga materyales alang sa cathode, anode ug electrolyte, nga ang matag usa adunay lain-laing mga bentaha sa termino sa kalig-on (ang gidaghanon sa mga charge ug discharge cycles ngadto sa usa ka gitugotan nga residual nga kapasidad alang sa electric nga mga sakyanan. sa 80%), piho nga gahum kWh/kg, presyo euro/kg o gahum sa gahum ratio.

Balik sa oras

Ang posibilidad sa pagdala sa electrochemical proseso sa mao nga-gitawag nga. Ang mga selula sa lithium-ion naggikan sa pagbulag sa mga lithium proton ug mga electron gikan sa lithium junction sa cathode sa panahon sa pag-charge. Ang lithium atom dali nga nagdonar sa usa sa tulo ka mga electron niini, apan sa parehas nga hinungdan kini labi ka reaktibo ug kinahanglan nga mahimulag sa hangin ug tubig. Sa tinubdan sa boltahe, ang mga electron nagsugod sa paglihok sa ilang sirkito, ug ang mga ion gitumong ngadto sa carbon-lithium anode ug, nga moagi sa lamad, konektado niini. Atol sa pag-discharge, ang reverse nga kalihukan mahitabo - ang mga ion mobalik sa cathode, ug ang mga electron, sa baylo, moagi sa gawas nga electrical load. Bisan pa, ang paspas nga high-current nga pag-charge ug bug-os nga pag-discharge moresulta sa pagporma sa bag-ong lig-on nga mga koneksyon, nga makapamenos o bisan sa pagpahunong sa function sa baterya. Ang ideya sa luyo sa paggamit sa lithium ingon usa ka partikulo donor naggikan sa kamatuoran nga kini ang labing gaan nga metal ug dali nga makapagawas sa mga proton ug mga electron sa ilawom sa husto nga mga kondisyon. Bisan pa, ang mga siyentista paspas nga mibiya sa paggamit sa puro nga lithium tungod sa taas nga volatility niini, ang abilidad sa pagbugkos sa hangin, ug alang sa mga hinungdan sa kaluwasan.

Ang una nga baterya nga lithium-ion gimugna kaniadtong 1970 ni Michael Whittingham, kinsa migamit puro lithium ug titanium sulfide ingon mga electrode. Ang kini nga electrochemistry wala na gigamit, apan sa tinuud gibutang ang mga pundasyon alang sa mga baterya nga lithium-ion. Kaniadtong mga 1970, gipakita sa Samar Basu ang abilidad sa pagsuyup sa mga ion nga lithium gikan sa grapayt, apan salamat sa kasinatian sa kana nga panahon, ang mga baterya dali nga nadaut sa kaugalingon kung gisugo ug gipagawas. Kaniadtong 1980, nagsugod ang makit-an nga pag-uswag sa pagpangita sa angay nga mga lithium compound alang sa cathode ug anode sa mga baterya, ug ang tinuud nga nakab-ot nga sangputanan miabut kaniadtong 1991.

NCA, NCM Lithium Cells ... unsa man ang tinuod nga gipasabut niini?

Pagkahuman sa pag-eksperimento sa lainlaing mga compound sa lithium kaniadtong 1991, ang mga paningkamot sa mga siyentista gikoronahan sa kalampusan - gisugdan sa Sony ang daghang paghimo sa mga baterya sa lithium-ion. Sa pagkakaron, ang mga baterya niini nga matang adunay pinakataas nga output nga gahum ug energy density, ug labaw sa tanan, usa ka mahinungdanong potensyal alang sa kalamboan. Depende sa mga kinahanglanon sa baterya, ang mga kompanya milingi sa lainlaing mga compound sa lithium ingon nga materyal nga cathode. Kini mao ang lithium cobalt oxide (LCO), mga compound nga adunay nickel, cobalt ug aluminum (NCA) o adunay nickel, cobalt ug manganese (NCM), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese spinel (LMS), lithium titanium oxide (LTO) ug uban pa. Ang electrolyte usa ka sinagol nga lithium salts ug organic solvents ug ilabinang importante alang sa "mobility" sa mga lithium ions, ug ang separator, nga maoy responsable sa pagpugong sa mga short circuit pinaagi sa pagkapermeable sa lithium ions, kasagaran polyethylene o polypropylene.

Kuryente sa output, kapasidad, o pareho

Ang labing hinungdanon nga mga kinaiya sa mga baterya mao ang kakusog sa enerhiya, kasaligan ug kaluwas. Ang mga baterya nga gihimo karon nga naglangkob sa lainlaing mga kalidad ug, depende sa gigamit nga materyales, adunay piho nga han-ay sa enerhiya nga 100 hangtod 265 W / kg (ug ang kusog nga kusog nga 400 hangtod 700 W / L). Ang labi ka kaayo niini nga bahin mao ang mga baterya nga NCA ug ang labing ngil-ad nga mga LFP. Bisan pa, ang materyal usa ka bahin sa sensilyo. Aron madugangan ang parehas nga piho nga kusog ug kusog sa kusog, lainlaing mga nanostrukture ang gigamit aron masuhop ang daghang materyal ug makahatag labi ka taas nga conductivity sa ion stream. Daghang mga ion, "gitipig" sa usa ka stable nga compound, ug ang conductivity mga kinahanglanon alang sa dali nga pag-charge, ug ang pag-uswag gipunting sa mga direksyon. Sa parehas nga oras, kinahanglan maghatag ang disenyo sa baterya sa gikinhanglan nga power-to-kapasidad nga ratio depende sa klase sa drive. Pananglitan, ang mga plug-in hybrids kinahanglan adunay labi ka taas nga power-to-kapasidad nga ratio sa klaro nga mga hinungdan. Ang mga pag-uswag karon gipunting sa mga baterya sama sa NCA (LiNiCoAlO2 nga adunay cathode ug graphite anode) ug NMC 811 (LiNiMnCoO2 nga adunay cathode ug graphite anode). Ang nahauna adunay sulud (gawas sa lithium) mga 80% nickel, 15% cobalt ug 5% nga aluminyo ug adunay piho nga enerhiya nga 200-250 W / kg, nga nagpasabut nga sila adunay usa ka medyo limitado nga paggamit sa kritikal nga kobalt ug usa ka kinabuhi sa serbisyo hangtod sa 1500 nga mga siklo. Ang ingon nga mga baterya gihimo sa Tesla sa iyang Gigafactory sa Nevada. Kung maabut ang giplano nga tibuuk nga kapasidad niini (sa 2020 o 2021, kung unsa man ang mahimo), ang planta makaghimo 35 GWh nga mga baterya, igoigo nga magdagan 500 nga mga salakyanan. Kini labi nga makubu ang gasto sa mga baterya.

Ang NMC 811 nga mga baterya adunay gamay nga ubos nga espesipikong enerhiya (140-200W/kg) apan adunay mas taas nga kinabuhi, moabot sa 2000 ka bug-os nga mga siklo, ug 80% nickel, 10% manganese ug 10% cobalt. Sa pagkakaron, ang tanan nga mga tiggama sa baterya naggamit sa usa niining duha ka matang. Ang bugtong eksepsiyon mao ang kompanya sa China nga BYD, nga naghimo sa mga baterya sa LFP. Ang mga sakyanan nga nasangkapan niini mas bug-at, apan wala sila magkinahanglan og cobalt. Ang mga baterya sa NCA gipalabi alang sa mga de-koryenteng mga salakyanan ug NMC alang sa mga plug-in nga hybrid tungod sa ilang tagsa-tagsa nga mga bentaha sa termino sa densidad sa enerhiya ug densidad sa kuryente. Ang mga pananglitan mao ang electric e-Golf nga adunay power/capacity ratio nga 2,8 ug ang plug-in hybrid Golf GTE nga adunay ratio nga 8,5. Sa ngalan sa pagpaubos sa presyo, ang VW nagtinguha nga gamiton ang parehas nga mga selyula alang sa tanan nga mga klase sa baterya. Ug usa pa ka butang - kung mas dako ang kapasidad sa baterya, mas gamay ang gidaghanon sa mga full discharges ug charges, ug kini nagdugang sa kinabuhi sa serbisyo niini, busa - ang mas dako nga baterya, mas maayo. Ang ikaduha nagpakabana sa mga hybrids isip usa ka problema.

Mga uso sa merkado

Sa pagkakaron, ang panginahanglan alang sa mga baterya alang sa mga katuyoan sa transportasyon milapas na sa panginahanglan alang sa mga elektronikong produkto. Giplanohan gihapon nga 2020 ka milyon nga mga de-koryenteng sakyanan kada tuig ang ibaligya sa tibuok kalibotan sa tuig 1,5, nga makatabang sa pagpaubos sa gasto sa mga baterya. Niadtong 2010, ang presyo sa 1 kWh sa usa ka lithium-ion cell maoy mga 900 euros, ug karon kini ubos pa sa 200 euros. Ang 25% sa gasto sa tibuok nga baterya alang sa cathode, 8% alang sa anode, separator ug electrolyte, 16% alang sa tanan nga uban nga mga selula sa baterya ug 35% alang sa kinatibuk-ang disenyo sa baterya. Sa laing pagkasulti, ang mga selula sa lithium-ion nag-amot ug 65 porsiyento sa gasto sa usa ka baterya. Ang gibanabana nga presyo sa Tesla alang sa 2020 kung ang Gigafactory 1 mosulod sa serbisyo mga 300 € / kWh alang sa mga baterya sa NCA ug ang presyo naglakip sa natapos nga produkto nga adunay pipila ka average nga VAT ug garantiya. Sa gihapon usa ka medyo taas nga presyo, nga magpadayon sa pagkunhod sa paglabay sa panahon.

Ang punoan nga mga reserbang lithium makit-an sa Argentina, Bolivia, Chile, China, USA, Australia, Canada, Russia, Congo ug Serbia, nga adunay kadaghanan karon nga gimina gikan sa nauga nga mga lanaw. Samtang nagkadaghan ang mga baterya nga natipon, ang merkado alang sa mga materyales nga gi-recycle gikan sa daan nga mga baterya modaghan. Mas hinungdanon, bisan pa, ang problema sa kobalt, nga, bisan kung naa sa daghang gidaghanon, gimina ingon usa ka by-produkto sa paghimo og nickel ug tumbaga. Ang Cobalt gimina, bisan kung ubos ang konsentrasyon sa yuta, sa Congo (nga adunay labing daghang magamit nga mga reserba), apan sa ilalum sa mga kondisyon nga gihagit ang pamatasan, pamatasan ug pagpanalipod sa kinaiyahan.

Advanced nga teknolohiya

Kinahanglan hunahunaon nga ang mga teknolohiya nga gidawat ingon usa ka paglaum alang sa haduol nga umaabot dili sa tinuud nga bag-o, apan mga kapilian nga lithium-ion. Pananglitan, kini, mga baterya nga solidong estado, nga naggamit usa ka solido nga electrolyte imbis nga likido (o gel sa mga baterya nga lithium polymer). Ang kini nga solusyon naghatag usa ka labi ka lig-on nga laraw sa mga electrode, nga nakalapas sa ilang integridad kung gisuhan sa taas nga sulud, matag usa. taas nga temperatura ug taas nga karga. Mahimo niini madugangan ang kasamtangan nga pag-charge, kadaghan sa electrode ug capacitance. Ang mga solidong baterya sa estado naa pa sa usa ka sayo kaayo nga yugto sa pag-uswag ug dili tingali maigo ang produksyon sa masa hangtod sa tunga-tunga sa dekada.

Usa sa mga nakadaog sa premyo nga pagsugod sa 2017 BMW Innovation Technology Competition sa Amsterdam usa ka kompanya nga gipaandar sa baterya nga ang silicon anode nagpaayo sa gibug-aton sa enerhiya. Ang mga inhenyero nagtrabaho sa lainlaing mga nanotechnology aron makahatag labi ka kadaghan ug kusog sa parehas nga anode ug cathode nga materyal, ug ang usa ka solusyon mao ang paggamit sa graphene. Kini nga mga mikroskopiko nga sapaw sa grapayt nga adunay usa ka gibag-on nga atomo ug usa ka istraktura nga hexagonal nga atomo usa sa labing gipaila nga mga materyal. Ang mga "graphene ball" nga gihimo sa taghimo og cell sa baterya nga Samsung SDI, nga gihiusa sa istraktura sa cathode ug anode, naghatag labaw nga kusog, permeability ug gibug-aton sa materyal ug katugbang nga pagdugang sa kapasidad nga mga 45% ug lima ka beses nga mas paspas nga oras sa pag-charge. Kini nga mga teknolohiya makadawat labing kusog nga salpok gikan sa mga awto sa Formula E, nga mahimong una nga nasangkapan sa ingon nga mga baterya.

Mga magdudula sa kini nga yugto

Ang mga nag-unang magdudula isip Tier 123 ug Tier 2020 suppliers, ie cell ug battery manufacturers, mao ang Japan (Panasonic, Sony, GS Yuasa ug Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam ug SK Innovation), China (BYD Company) . , ATL ug Lishen) ug ang USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel ug Valence Technology). Ang mga nag-unang supplier sa mga cell phone sa pagkakaron mao ang LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Japan), BYD (China) ug CATL (China), nga adunay bahin sa merkado nga dos-tersiya. Niini nga yugto sa Europe, gisupak lamang sila sa BMZ Group gikan sa Germany ug Northvolth gikan sa Sweden. Sa paglansad sa Tesla's Gigafactory kaniadtong XNUMX, kini nga proporsyon mabag-o - ang kompanya sa Amerika mag-asoy sa XNUMX% sa produksiyon sa mga selula sa lithium-ion sa kalibutan. Ang mga kompanya sama sa Daimler ug BMW nakapirma na og mga kontrata sa pipila niini nga mga kompanya, sama sa CATL, nga nagtukod og planta sa Europe.