Ọkọ ayọkẹlẹ ina lana, loni, ọla: apakan 3

Ọrọ naa "awọn batiri litiumu-dẹlẹ" n fi ọpọlọpọ awọn imọ-ẹrọ pamọ.

Ohun kan jẹ daju - niwọn igba ti lithium-ion electrochemistry wa ko yipada ni ọna yii. Ko si imọ-ẹrọ ibi ipamọ agbara elekitiroki miiran ti o le dije pẹlu litiumu-ion. Koko naa, sibẹsibẹ, ni pe awọn aṣa oriṣiriṣi wa ti o lo awọn ohun elo oriṣiriṣi fun cathode, anode ati elekitiroti, ọkọọkan eyiti o ni awọn anfani oriṣiriṣi ni awọn ofin ti agbara (nọmba idiyele ati awọn iyipo idasilẹ titi di agbara idasilẹ gbigba fun awọn ọkọ ina mọnamọna. ti 80%), agbara kan pato kWh/kg, owo yuroopu/kg tabi agbara si ipin agbara.

Pada ni akoko

Awọn seese ti rù jade electrochemical lakọkọ ni ki-npe ni. Awọn sẹẹli litiumu-ion wa lati ipinya ti awọn protons lithium ati awọn elekitironi lati ibi ipade litiumu ni cathode lakoko gbigba agbara. Atọmu lithium ni irọrun ṣetọrẹ ọkan ninu awọn elekitironi mẹta rẹ, ṣugbọn fun idi kanna o jẹ ifaseyin gaan ati pe o gbọdọ ya sọtọ si afẹfẹ ati omi. Ninu orisun foliteji, awọn elekitironi bẹrẹ lati gbe pẹlu iyika wọn, ati awọn ions ti wa ni itọsọna si erogba-lithium anode ati, ti nkọja nipasẹ awo ilu, ti sopọ mọ rẹ. Lakoko idasilẹ, iṣipopada iyipada waye - awọn ions pada si cathode, ati awọn elekitironi, lapapọ, kọja nipasẹ fifuye itanna ita. Bibẹẹkọ, gbigba agbara lọwọlọwọ giga-giga ati idasilẹ ni kikun awọn abajade ni dida awọn asopọ ti o tọ, ti o dinku tabi paapaa da iṣẹ batiri duro. Ero ti o wa lẹhin lilo litiumu bi oluranlọwọ patiku lati inu otitọ pe o jẹ irin ti o fẹẹrẹ julọ ati pe o le ni irọrun tu awọn protons ati awọn elekitironi silẹ labẹ awọn ipo to tọ. Bibẹẹkọ, awọn onimo ijinlẹ sayensi n kọsilẹ ni iyara litiumu mimọ nitori iyipada giga rẹ, agbara rẹ lati sopọ pẹlu afẹfẹ, ati fun awọn idi aabo.

Batiri litiumu-dẹlẹ akọkọ ni a ṣẹda ni awọn ọdun 1970 nipasẹ Michael Whittingham, ẹniti o lo litiumu mimọ ati titanium sulfide bi awọn amọna. A ko lo elekitiro-kemistri mọ, ṣugbọn niti o ṣe ipilẹ awọn ipilẹ fun awọn batiri litiumu-dẹlẹ. Ni awọn ọdun 1970, Samar Basu ṣe afihan agbara lati fa awọn ioni lithium lati lẹẹdi, ṣugbọn nitori iriri ti akoko naa, awọn batiri yara yara iparun ara ẹni nigbati o ba gba agbara ati gbigba agbara. Ni awọn ọdun 1980, idagbasoke aladanla bẹrẹ lati wa awọn agbo litiumu ti o yẹ fun cathode ati anode ti awọn batiri, ati pe aṣeyọri gidi wa ni ọdun 1991.

NCA, Awọn sẹẹli litiumu NCM ... kini eleyi tumọ si gaan?

Lẹhin idanwo pẹlu ọpọlọpọ awọn agbo ogun litiumu ni ọdun 1991, awọn akitiyan ti awọn onimọ-jinlẹ ni ade pẹlu aṣeyọri - Sony bẹrẹ iṣelọpọ pupọ ti awọn batiri lithium-ion. Lọwọlọwọ, awọn batiri ti iru yii ni agbara iṣelọpọ ti o ga julọ ati iwuwo agbara, ati pataki julọ, agbara pataki fun idagbasoke. Da lori awọn ibeere batiri, awọn ile-iṣẹ n yipada si ọpọlọpọ awọn agbo ogun litiumu bi ohun elo cathode. Awọn wọnyi ni lithium cobalt oxide (LCO), awọn agbo ogun pẹlu nickel, cobalt ati aluminiomu (NCA) tabi pẹlu nickel, cobalt ati manganese (NCM), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese spinel (LMS), lithium titanium oxide (LTO) ati awọn miiran. Electrolyte jẹ adalu awọn iyọ litiumu ati awọn olomi Organic ati pe o ṣe pataki ni pataki fun “iṣipopada” ti awọn ions litiumu, ati oluyapa, eyiti o ni iduro fun idilọwọ awọn iyika kukuru nipa jijẹ permeable si awọn ions litiumu, nigbagbogbo jẹ polyethylene tabi polypropylene.

Ijade agbara, agbara, tabi awọn mejeeji

Awọn abuda ti o ṣe pataki julọ ti awọn batiri jẹ iwuwo agbara, igbẹkẹle ati ailewu. Awọn batiri ti a ṣe lọwọlọwọ bo ọpọlọpọ awọn agbara wọnyi ati, da lori awọn ohun elo ti a lo, ni iwọn agbara kan pato ti 100 si 265 W / kg (ati iwuwo agbara ti 400 si 700 W / L). Ti o dara julọ ni ọwọ yii ni awọn batiri NCA ati awọn LFP ti o buru julọ. Sibẹsibẹ, awọn ohun elo jẹ ẹgbẹ kan ti owo naa. Lati mu alekun agbara kan pato ati iwuwo agbara pọ, ọpọlọpọ awọn nanostructures ni a lo lati fa awọn ohun elo diẹ sii ati lati pese ifasita giga ti iṣan ion. Nọmba nlanla ti awọn ions, “ti fipamọ” ni apopọ iduroṣinṣin, ati ibaṣe ihuwa jẹ awọn ohun ti a beere fun gbigba agbara yiyara, ati pe idagbasoke ni itọsọna ni awọn itọsọna wọnyi. Ni igbakanna, apẹrẹ batiri gbọdọ pese ipin agbara-si-agbara ti a beere ti o da lori iru awakọ naa. Fun apẹẹrẹ, awọn arabara plug-in gbọdọ ni ipin agbara-si-agbara ti o ga julọ fun awọn idi ti o han. Awọn idagbasoke ti ode oni lojutu lori awọn batiri bii NCA (LiNiCoAlO2 pẹlu cathode ati anode graphite) ati NMC 811 (LiNiMnCoO2 pẹlu cathode ati graphite anode). Eyi akọkọ ni (ni ita litiumu) nipa 80% nickel, 15% cobalt ati 5% aluminiomu ati pe wọn ni agbara kan pato ti 200-250 W / kg, eyiti o tumọ si pe wọn ni iwulo lilo to lopin ti cobalt to ṣe pataki ati igbesi aye iṣẹ ti o to awọn iyipo 1500. Iru awọn batiri naa ni yoo ṣe nipasẹ Tesla ni Gigafactory rẹ ni Nevada. Nigbati o ba de ọdọ agbara ti a pinnu ni kikun (ni 2020 tabi 2021, da lori ipo naa), ohun ọgbin yoo ṣe awọn 35 GWh ti awọn batiri, to lati ṣe agbara awọn ọkọ 500. Eyi yoo dinku iye owo awọn batiri naa siwaju sii.

Awọn batiri NMC 811 ni agbara kekere kan pato (140-200W/kg) ṣugbọn ni igbesi aye to gun, ti o de 2000 ni kikun, ati pe o jẹ 80% nickel, 10% manganese ati 10% koluboti. Lọwọlọwọ, gbogbo awọn olupese batiri lo ọkan ninu awọn iru meji wọnyi. Iyatọ kan ṣoṣo ni ile-iṣẹ Kannada BYD, eyiti o ṣe awọn batiri LFP. Awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti o ni ipese pẹlu wọn wuwo, ṣugbọn wọn ko nilo koluboti. Awọn batiri NCA jẹ ayanfẹ fun awọn ọkọ ina mọnamọna ati NMC fun plug-in hybrids nitori awọn anfani oniwun wọn ni awọn ofin ti iwuwo agbara ati iwuwo agbara. Awọn apẹẹrẹ jẹ itanna e-Golf pẹlu ipin agbara/agbara ti 2,8 ati plug-in arabara Golf GTE pẹlu ipin ti 8,5. Ni orukọ idinku idiyele, VW pinnu lati lo awọn sẹẹli kanna fun gbogbo iru awọn batiri. Ati ohun kan diẹ sii - ti o tobi ju agbara batiri naa lọ, ti o kere si nọmba awọn idasilẹ kikun ati awọn idiyele, ati pe eyi nmu igbesi aye iṣẹ rẹ pọ, nitorina - batiri ti o tobi, ti o dara julọ. Awọn keji awọn ifiyesi hybrids bi a isoro.

Awọn aṣa Ọja

Lọwọlọwọ, ibeere fun awọn batiri fun awọn idi gbigbe tẹlẹ ti kọja ibeere fun awọn ọja itanna. O tun jẹ iṣẹ akanṣe pe awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina mọnamọna miliọnu 2020 ni ọdun kan yoo ta ni kariaye nipasẹ ọdun 1,5, eyiti yoo ṣe iranlọwọ lati wakọ iye owo awọn batiri. Ni ọdun 2010, idiyele ti 1 kWh ti sẹẹli lithium-ion cell jẹ nipa 900 awọn owo ilẹ yuroopu, ati ni bayi o kere ju 200 awọn owo ilẹ yuroopu. 25% ti iye owo ti gbogbo batiri jẹ fun cathode, 8% fun anode, separator ati elekitiroti, 16% fun gbogbo awọn miiran batiri ẹyin ati 35% fun awọn ìwò batiri oniru. Ni awọn ọrọ miiran, awọn sẹẹli lithium-ion ṣe alabapin ida 65 si idiyele batiri kan. Awọn idiyele Tesla ifoju fun 2020 nigbati Gigafactory 1 ti nwọle iṣẹ wa ni ayika 300 € / kWh fun awọn batiri NCA ati idiyele naa pẹlu ọja ti o pari pẹlu diẹ ninu apapọ VAT ati atilẹyin ọja. Tun kan iṣẹtọ ga owo, eyi ti yoo tesiwaju lati kọ lori akoko.

Awọn ifipamọ akọkọ ti lithium ni a rii ni Ilu Argentina, Bolivia, Chile, China, AMẸRIKA, Australia, Canada, Russia, Congo ati Serbia, pẹlu opo ti o pọ julọ ti n wa lọwọlọwọ lati adagun gbigbẹ. Bi awọn batiri ti n pọ si ati siwaju sii kojọ, ọjà fun awọn ohun elo ti a tunlo lati awọn batiri atijọ yoo pọ si. Pataki julọ, sibẹsibẹ, ni iṣoro cobalt, eyiti, botilẹjẹpe o wa ni titobi nla, ti wa ni mined bi ọja nipasẹ iṣelọpọ ti nickel ati bàbà. Cobalt ti wa ni iwakusa, laibikita ifọkansi kekere rẹ ninu ile, ni Congo (eyiti o ni awọn ẹtọ ti o tobi julọ ti o wa), ṣugbọn labẹ awọn ipo ti o tako ipọnju iwa, iwa ati aabo ayika.

Hi-tekinoloji

O yẹ ki o gbe ni lokan pe awọn imọ-ẹrọ ti a gba bi ireti fun ọjọ-iwaju to sunmọ ko jẹ tuntun ni ipilẹ, ṣugbọn jẹ awọn aṣayan litiumu-dọn. Iwọnyi jẹ, fun apẹẹrẹ, awọn batiri ti ipinlẹ to lagbara, eyiti o nlo elektrolyti ti o lagbara dipo omi (tabi jeli ninu awọn batiri polymer lithium). Ojutu yii n pese apẹrẹ idurosinsin diẹ sii ti awọn amọna, eyiti o ṣẹ iduroṣinṣin wọn nigbati o gba agbara pẹlu lọwọlọwọ to gaju, lẹsẹsẹ. otutu giga ati fifuye giga. Eyi le mu lọwọlọwọ gbigba agbara lọwọlọwọ, iwuwo elekiturodu ati agbara. Awọn batiri ipinlẹ ti o lagbara tun wa ni ipele ibẹrẹ pupọ ti idagbasoke ati pe ko ṣeeṣe lati lu iṣelọpọ ibi-titi di ọdun mẹwa.

Ọkan ninu awọn ibẹrẹ ti o bori ni idije ni 2017 BMW Innovation Technology Competition ni Amsterdam jẹ ile-iṣẹ ti o ni agbara batiri ti ohun alumọni anode pọ si iwuwo agbara. Awọn ẹnjinia n ṣiṣẹ lori ọpọlọpọ awọn nanotechnologies lati pese iwuwo ati agbara nla si ohun elo ti mejeeji anode ati cathode, ati ojutu kan ni lati lo graphene. Awọn fẹlẹfẹlẹ airi wọnyi ti lẹẹdi pẹlu sisanra atomu kan ati eto atomiki hexagonal jẹ ọkan ninu awọn ohun elo ti o ni ileri julọ. Awọn “awọn boolu graphene” ti dagbasoke nipasẹ olupese sẹẹli batiri Samsung SDI, ti a ṣe sinu cathode ati eto anode, pese agbara ti o ga julọ, agbara ati iwuwo ti ohun elo ati ilosoke ibaamu ni agbara ti to 45% ati akoko gbigba agbara yiyara ni igba marun. Awọn imọ -ẹrọ wọnyi le gba iwuri ti o lagbara julọ lati awọn ọkọ ayọkẹlẹ agbekalẹ E, eyiti o le jẹ akọkọ lati ni ipese pẹlu iru awọn batiri bẹẹ.

Awọn ẹrọ orin ni ipele yii

Awọn oṣere akọkọ bi awọn olupese Tier 123 ati Tier 2020, ie sẹẹli ati awọn olupese batiri, jẹ Japan (Panasonic, Sony, GS Yuasa ati Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam ati SK Innovation), China (BYD Company) . , ATL ati Lishen) ati AMẸRIKA (Tesla, Johnson Iṣakoso, A30 Systems, EnerDel ati Valence Technology). Awọn olupese akọkọ ti awọn foonu alagbeka lọwọlọwọ jẹ LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Japan), BYD (China) ati CATL (China), eyiti o ni ipin ọja ti idamẹta meji. Ni ipele yii ni Yuroopu, ẹgbẹ BMZ nikan ni o lodi si wọn ati Northvolth lati Sweden. Pẹlu ifilọlẹ Tesla's Gigafactory ni ọdun XNUMX, ipin yii yoo yipada - ile-iṣẹ Amẹrika yoo ṣe akọọlẹ fun XNUMX% ti iṣelọpọ agbaye ti awọn sẹẹli lithium-ion. Awọn ile-iṣẹ bii Daimler ati BMW ti tẹlẹ fowo siwe pẹlu diẹ ninu awọn ile-iṣẹ wọnyi, bii CATL, eyiti o n kọ ọgbin ni Yuroopu.