Mobil listrik wingi, dina iki, sesuk: bagean 3
Isi
Tembung "baterai lithium-ion" ndhelikake macem-macem teknologi.
Siji bab sing mesthi - anggere elektrokimia lithium-ion tetep ora owah ing babagan iki. Ora ana teknologi panyimpenan energi elektrokimia liyane sing bisa saingan karo lithium-ion. Nanging, ana macem-macem desain sing nggunakake macem-macem bahan kanggo katoda, anoda lan elektrolit, sing saben duwe kaluwihan sing beda-beda ing babagan daya tahan (jumlah siklus pangisian daya lan discharge nganti kapasitas sisa sing diidini kanggo kendaraan listrik. saka 80%), daya tartamtu kWh / kg, rega euro / kg utawa daya kanggo rasio daya.
Bali wektu
Kamungkinan nindakake pangolahan elektrokimia ing sing diarani. Sèl litium-ion asalé saka pamisahan proton litium lan elektron saka persimpangan litium ing katoda nalika ngisi daya. Atom litium kanthi gampang nyumbang siji saka telung elektron, nanging kanthi alasan sing padha, iku reaktif banget lan kudu diisolasi saka udara lan banyu. Ing sumber voltase, elektron wiwit pindhah ing sadawane sirkuit, lan ion diarahake menyang anoda karbon-lithium lan, liwat membran, disambungake menyang. Sajrone discharge, gerakan mbalikke ana - ion bali menyang katoda, lan elektron, ing siji, liwat beban electrical external. Nanging, pangisian daya arus dhuwur kanthi cepet lan discharge lengkap ngasilake sambungan anyar sing tahan lama, sing nyuda utawa malah mandhegake fungsi baterei. Ing idea konco nggunakake lithium minangka donor partikel asale saka kasunyatan sing iku logam paling entheng lan bisa gampang ngeculake proton lan elektron ing kahanan tengen. Nanging, para ilmuwan kanthi cepet nglirwakake panggunaan lithium murni amarga volatilitas sing dhuwur, kemampuan kanggo ikatan karo udara, lan amarga alasan keamanan.
Batere lithium-ion pertama digawe ing taun 1970-an dening Michael Whittingham, sing nggunakake lithium murni lan titanium sulfida minangka elektroda. Elektrokimia iki wis ora digunakake maneh, nanging nyatane nggawe dhasar kanggo baterai lithium-ion. Ing taun 1970-an, Samar Basu nduwe katrampilan kanggo nyerep ion lithium saka grafit, nanging amarga pengalaman wektu kasebut, batere kanthi cepet ngrusak awake dhewe nalika diisi lan dibuwang. Ing taun 1980-an, pangembangan intensif wiwit nemokake senyawa lithium sing cocog kanggo katoda lan anoda bater, lan terobosan nyata ing taun 1991.
Sel lithium NCA, NCM ... apa sejatine tegese?
Sawise nyobi karo macem-macem senyawa litium ing 1991, upaya para ilmuwan sukses - Sony miwiti produksi massal baterei lithium-ion. Saiki, baterei saka jinis iki nduweni daya output paling dhuwur lan Kapadhetan energi, lan sing paling Jahwéh, potensial pinunjul kanggo pembangunan. Gumantung ing syarat baterei, perusahaan ngowahi macem-macem senyawa lithium minangka bahan katoda. Iki minangka lithium kobalt oksida (LCO), senyawa karo nikel, kobalt lan aluminium (NCA) utawa karo nikel, kobalt lan mangan (NCM), lithium wesi fosfat (LFP), litium mangan spinel (LMS), lithium titanium oksida (LTO). lan liya-liyane. Elektrolit minangka campuran uyah litium lan pelarut organik lan penting banget kanggo "mobilitas" ion litium, lan pemisah, sing tanggung jawab kanggo nyegah sirkuit cendhak kanthi permeabel kanggo ion litium, biasane polietilen utawa polipropilena.
Daya output, kapasitas, utawa kalorone
Karakteristik baterai sing paling penting yaiku kepadatan energi, kehandalan lan keamanan. Baterai sing saiki diproduksi nutupi macem-macem kualitas kasebut lan, gumantung saka bahan sing digunakake, duwe kisaran energi tartamtu 100 nganti 265 W / kg (lan kapadhetan energi 400 nganti 700 W / L). Sing paling apik ing babagan iki yaiku batere NCA lan LFP paling ala. Nanging, bahan kasebut minangka salah sawijining sisih koin. Kanggo nambah kapadhetan energi lan energi tartamtu, macem-macem nanostruktur digunakake kanggo nyedhot luwih akeh materi lan nyedhiyakake konduktivitas aliran ion sing luwih dhuwur. Akeh ion, "disimpen" ing senyawa stabil, lan konduktivitas minangka prasyarat kanggo ngisi daya luwih cepet, lan pangembangan diarahake ing arah kasebut. Sanalika, desain batere kudu menehi rasio daya-kanggo-kapasitas sing dibutuhake, gumantung karo jinis drive. Contone, hibrida plug-in kudu duwe rasio daya-kanggo-kapasitas sing luwih dhuwur amarga ana sebab sing jelas. Perkembangan saiki fokus ing baterai kayata NCA (LiNiCoAlO2 kanthi katoda lan anode grafit) lan NMC 811 (LiNiMnCoO2 kanthi katoda lan anoda grafit). Tilas ngemot (ing njaba lithium) udakara 80% nikel, kobalt 15% lan 5% aluminium lan duwe energi spesifik 200-250 W / kg, tegese padha duwe kobalt kritis lan umur layanan nganti 1500 siklus nganti winates. Baterai kasebut bakal diprodhuksi dening Tesla ing Gigafactory ing Nevada. Nalika wis entuk kapasitas sing direncanakake (ing taun 2020 utawa 2021, gumantung karo kahanane), pabrik kasebut bakal ngasilake 35 GWh batere, cukup kanggo daya 500 kendaraan. Iki bakal luwih nyuda biaya batere.
Baterei NMC 811 duwe energi spesifik sing rada murah (140-200W / kg) nanging duwe umur luwih dawa, tekan 2000 siklus lengkap, lan 80% nikel, 10% mangan lan 10% kobalt. Saiki, kabeh manufaktur baterei nggunakake salah siji saka rong jinis iki. Istiméwa mung perusahaan Cina BYD, sing nggawe baterei LFP. Mobil sing dilengkapi luwih abot, nanging ora butuh kobalt. Baterei NCA luwih disenengi kanggo kendaraan listrik lan NMC kanggo hibrida plug-in amarga kaluwihan masing-masing babagan kapadhetan energi lan kapadhetan daya. Conto yaiku e-Golf listrik kanthi rasio daya/kapasitas 2,8 lan Golf GTE hibrida plug-in kanthi rasio 8,5. Ing jeneng Mudhunake rega, VW arep nggunakake sel padha kanggo kabeh jinis baterei. Lan siji liyane - sing luwih gedhe kapasitas baterei, sing kurang jumlah discharges lengkap lan biaya, lan iki nambah urip layanan, mulane - sing luwih gedhe baterei, sing luwih apik. Kapindho uneg-uneg hibrida minangka masalah.
Tren pasar
Saiki, panjaluk baterei kanggo tujuan transportasi wis ngluwihi panjaluk produk elektronik. Diprediksi 2020 yuta kendaraan listrik saben taun bakal didol sacara global ing taun 1,5, sing bakal mbantu nyuda biaya baterei. Ing taun 2010, rega 1 kWh sel lithium-ion kira-kira 900 euro, lan saiki kurang saka 200 euro. 25% saka biaya kabeh baterei kanggo katoda, 8% kanggo anode, separator lan elektrolit, 16% kanggo kabeh sel baterei liyane lan 35% kanggo desain baterei sakabèhé. Ing tembung liyane, sel lithium-ion nyumbang 65 persen kanggo biaya baterei. Perkiraan rega Tesla kanggo 2020 nalika Gigafactory 1 mlebu layanan udakara udakara 300 € / kWh kanggo baterei NCA lan rega kasebut kalebu produk rampung kanthi PPN lan garansi rata-rata. Isih rega cukup dhuwur, kang bakal terus nolak liwat wektu.
Cadangan utama lithium ditemokake ing Argentina, Bolivia, Chili, China, AS, Australia, Kanada, Rusia, Kongo lan Serbia, kanthi mayoritas saiki ditambang saka tlaga garing. Amarga baterai saya akeh saya akeh, pasar kanggo bahan sing didaur ulang saka batere wis saya mundhak. Nanging sing luwih penting yaiku masalah kobalt, sing sanajan ana jumlah akeh, ditambang minangka produk sampingan ing produksi nikel lan tembaga. Kobalt ditambang, sanajan konsentrasi kurang ing lemah, ing Kongo (sing duwe cadangan paling gedhe), nanging ing kahanan sing nantang etika, moralitas lan perlindungan lingkungan.
Hi-tech
Perlu dielingi manawa teknologi sing ditampa minangka prospek kanggo wektu sing bakal suwe sejatine durung anyar, nanging minangka opsi lithium-ion. Contone, batere solid-state, sing nggunakake elektrolit padat tinimbang cairan (utawa gel ing baterai polimer lithium). Solusi iki nyedhiyakake desain elektroda sing luwih stabil, sing nglanggar integritas nalika diisi arus tinggi. suhu dhuwur lan beban dhuwur. Iki bisa nambah daya arus, kepadatan elektroda lan kapasitansi. Baterai negara solid isih ing tahap pangembangan banget lan ora bakal kena produksi massal nganti pertengahan dekade.
Salah sawijining pamula pemenang penghargaan ing Kompetisi Teknologi Inovasi BMW 2017 ing Amsterdam yaiku perusahaan bertenaga batere sing anod silikon nambah kerapatan energi. Para insinyur nggarap macem-macem nanoteknologi kanggo nyedhiyakake kepadatan lan kekuwatan sing luwih gedhe kanggo bahan anoda lan katoda, lan siji solusi yaiku nggunakake graphene. Lapisan grafit mikroskopis iki kanthi kekandelan atom siji lan struktur atom heksagonal minangka salah sawijining bahan sing paling janjeni. "Bola graphene" sing dikembangake dening produsen sel batere Samsung SDI, digabungake karo struktur katoda lan anoda, nyedhiyakake kekuatan, permeabilitas lan kapadhetan bahan sing luwih dhuwur lan paningkatan kapasitas udakara 45% lan wektu ngisi daya luwih cepet kaping lima. Teknologi kasebut bisa nampa dorongan paling kuat saka mobil Formula E, sing bisa dadi sing pertama sing dilengkapi baterai kaya ngono.
Pemain ing tahap iki
Pemain utama minangka pemasok Tier 123 lan Tier 2020, yaiku produsen sel lan baterei, yaiku Jepang (Panasonic, Sony, GS Yuasa lan Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam lan SK Innovation), China (BYD Company) . , ATL lan Lishen) lan AS (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel and Valence Technology). Pemasok utama ponsel saiki yaiku LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Jepang), BYD (China) lan CATL (China), sing duwe pangsa pasar rong pertiga. Ing tataran iki ing Eropah, padha mung ditentang dening BMZ Group saka Jerman lan Northvolth saka Swedia. Kanthi diluncurake Tesla's Gigafactory ing taun XNUMX, proporsi iki bakal ganti - perusahaan Amerika bakal ngasilake XNUMX% saka produksi sel lithium-ion ing donya. Perusahaan kayata Daimler lan BMW wis nandhatangani kontrak karo sawetara perusahaan kasebut, kayata CATL, sing mbangun pabrik ing Eropa.
