Machin elektrik yè, jodi a, demen: pati 3

Tèm "ityòm-ion pil yo" kache yon gran varyete teknoloji.

Yon sèl bagay se pou asire w - osi lontan ke elèktrochimi ityòm-ion rete san chanjman nan sans sa a. Pa gen lòt teknoloji depo enèji elektwochimik ki ka fè konpetisyon ak ityòm-ion. Pwen an, sepandan, se ke gen diferan desen ki sèvi ak materyèl diferan pou katod, anod ak elektwolit, chak nan yo ki gen avantaj diferan an tèm de durability (kantite sik chaj ak egzeyat jiska yon kapasite rezidyèl akseptab pou machin elektrik. nan 80%), espesifik pouvwa kWh / kg, pri euro / kg oswa pouvwa a rapò pouvwa.

Retounen nan tan

Posibilite pou pote soti nan pwosesis elektwochimik nan sa yo rele an. Selil ityòm-ion soti nan separasyon pwoton ityòm ak elektwon ki soti nan junction ityòm nan katod la pandan chaje. Atòm ityòm lan fasil bay youn nan twa elektwon li yo, men pou menm rezon an li trè reyaktif epi li dwe izole nan lè ak dlo. Nan sous vòltaj la, elektwon yo kòmanse deplase sou kous yo, ak iyon yo dirije nan anod kabòn-ityòm, epi yo pase nan manbràn la konekte ak li. Pandan egzeyat la, mouvman an ranvèse rive - iyon yo retounen nan katod la, ak elektwon yo, nan vire, pase nan chaj ekstèn elektrik la. Sepandan, rapid chaj aktyèl ak egzeyat konplè rezilta nan fòmasyon nan nouvo koneksyon dirab, ki diminye oswa menm sispann fonksyon batri a. Lide a dèyè itilize ityòm kòm yon donatè patikil tij nan lefèt ke li se metal ki pi lejè epi li ka fasilman lage pwoton ak elektwon nan bon kondisyon yo. Sepandan, syantis yo rapidman abandone itilizasyon pi bon kalite ityòm akòz gwo volatilité li yo, kapasite li nan kosyon ak lè, ak pou rezon sekirite.

Premye batri ityòm-ion te kreye nan ane 1970 yo pa Michael Whittingham, ki te itilize ityòm pi ak sulfid Titàn kòm elektwòd. Elektrochimik sa a pa itilize ankò, men aktyèlman mete fondasyon pou ityòm-ion pil. Nan ane 1970 yo, Samar Basu demontre kapasite nan absòbe iyon ityòm soti nan grafit, men gras a eksperyans nan tan sa a, pil byen vit pwòp tèt ou-detwi lè chaje ak egzeyate. Nan ane 1980 yo, devlopman entansif yo te kòmanse jwenn konpoze ityòm apwopriye pou katod la ak anod nan pil, ak zouti reyèl la te vini an 1991.

NCA, NCM Lithium Cells ... kisa sa vle di reyèlman?

Apre eksperyans ak divès kalite konpoze ityòm an 1991, efò syantis yo te kouwone ak siksè - Sony te kòmanse pwodiksyon an mas nan pil ityòm-ion. Kounye a, pil nan kalite sa a gen pi gwo pouvwa pwodiksyon ak dansite enèji, ak pi enpòtan, yon potansyèl enpòtan pou devlopman. Tou depan de kondisyon batri, konpayi yo ap vire nan divès kalite konpoze ityòm kòm materyèl la katod. Sa yo se ityòm cobalt oksid (LCO), konpoze ak nikèl, cobalt ak aliminyòm (NCA) oswa ak nikèl, cobalt ak Manganèz (NCM), ityòm fè fosfat (LFP), ityòm Manganèz spinel (LMS), ityòm Titàn oksid (LTO) ak lòt moun. Elektwolit la se yon melanj de sèl ityòm ak solvang òganik epi li enpòtan espesyalman pou "mobilite" nan iyon ityòm, ak séparateur a, ki responsab pou anpeche sikui kout lè yo te pèmeyab nan iyon ityòm, se nòmalman polyethylene oswa polypropylène.

Pouvwa Sòti, kapasite, oswa toude

Karakteristik ki pi enpòtan nan pil yo se dansite enèji, fyab ak sekirite. Batri pwodwi kounye a kouvri nan yon pakèt domèn kalite sa yo, epi, tou depann de materyèl yo itilize, gen yon seri enèji espesifik nan 100 a 265 W / kg (ak yon dansite enèji nan 400 a 700 W / L). Pi bon an nan sans sa a se pil yo NCA ak pi move LFPs yo. Sepandan, materyèl la se yon sèl bò pyès monnen an. Pou ogmante tou de enèji espesifik ak dansite enèji, nanostriktirèl divès kalite yo te itilize yo absòbe plis materyèl epi yo bay pi wo konduktivite nan kouran an ion. Yon gwo kantite iyon, "ki estoke" nan yon konpoze ki estab, ak konduktivite yo se kondisyon pou pi vit chaje, ak devlopman ki dirije nan direksyon sa yo. An menm tan an, konsepsyon batri a dwe bay pouvwa ki nesesè nan rapò kapasite depann sou kalite kondwi. Pou egzanp, ploge nan Ibrid bezwen gen yon pi wo rapò pouvwa-a-kapasite pou rezon evidan. Jodi a devlopman yo konsantre sou pil tankou NCA (LiNiCoAlO2 ak katod ak grafit anod) ak NMC 811 (LiNiMnCoO2 ak katod ak grafit anod). Ansyen an genyen (andeyò ityòm) apeprè 80% nikèl, 15% cobalt ak 5% aliminyòm epi yo gen yon enèji espesifik nan 200-250 W / kg, ki vle di ke yo gen yon itilizasyon relativman limite nan Cobalt kritik ak yon lavi sèvis ki rive jiska 1500 sik. Batri sa yo pral pwodwi pa Tesla nan Gigafactory li yo nan Nevada. Lè li rive nan kapasite plen planifye li yo (nan 2020 oswa 2021, tou depann de sitiyasyon an), plant la pral pwodwi 35 GWh nan pil, ase sou pouvwa 500 machin yo. Sa a pral plis redwi pri a nan pil yo.

Batri NMC 811 yo gen yon ti kras pi ba enèji espesifik (140-200W / kg) men yo gen yon lavi ki pi long, rive nan 2000 sik plen, epi yo se 80% nikèl, 10% Manganèz ak 10% Cobalt. Kounye a, tout manifaktirè batri yo itilize youn nan de kalite sa yo. Sèl eksepsyon se konpayi Chinwa BYD, ki fè pil LFP. Machin ekipe ak yo pi lou, men yo pa bezwen cobalt. Batri NCA yo pi pito pou machin elektrik ak NMC pou ibrid plug-in akòz avantaj respektif yo an tèm de dansite enèji ak dansite pouvwa. Egzanp yo se e-Golf elektrik la ak yon rapò pouvwa/kapasite de 2,8 ak plug-in hybrid Golf GTE a ak yon rapò de 8,5. Nan non bese pri a, VW gen entansyon itilize selil yo menm pou tout kalite pil. Ak yon lòt bagay - pi gwo kapasite batri a, mwens kantite plen egzeyat ak chaj, ak sa a ogmante lavi sèvis li yo, Se poutèt sa - pi gwo batri a, pi bon an. Dezyèm lan konsène ibrid kòm yon pwoblèm.

Mache tandans

Kounye a, demann pou pil pou transpòte deja depase demann pou pwodwi elektwonik. Li toujou prevwa ke 2020 milyon machin elektrik chak ane yo pral vann globalman pa 1,5, ki pral ede diminye pri a nan pil. Nan 2010, pri a nan 1 kWh nan yon selil ityòm-ion te apeprè 900 ero, e kounye a, li se mwens pase 200 ero. 25% nan pri a nan batri a tout antye se pou katod la, 8% pou anod la, separateur ak elektwolit, 16% pou tout lòt selil batri ak 35% pou konsepsyon batri a an jeneral. Nan lòt mo, selil ityòm-ion kontribye 65 pousan nan pri a nan yon batri. Estimasyon pri Tesla pou 2020 lè Gigafactory 1 antre nan sèvis yo se alantou 300 € / kWh pou pil NCA ak pri a gen ladan pwodwi a fini ak kèk VAT mwayèn ak garanti. Toujou yon pri jistis wo, ki pral kontinye dekline sou tan.

Rezèv prensipal yo nan ityòm yo jwenn nan Ajantin, Bolivi, Chili, Lachin, USA, Ostrali, Kanada, Larisi, Kongo ak Sèbi, ak a vas majorite kounye a ke yo te mine soti nan lak sèk. Kòm pi plis ak plis pil akimile, mache a pou materyèl resikle soti nan pil fin vye granmoun ap ogmante. Pi enpòtan, sepandan, se pwoblèm lan nan Cobalt, ki, byenke prezan nan gwo kantite, se mine kòm yon pa-pwodwi nan pwodiksyon an nan nikèl ak kwiv. Cobalt se mine, malgre konsantrasyon ki ba li yo nan tè a, nan Kongo (ki gen pi gwo rezèv ki disponib yo), men nan kondisyon ki defi etik, moralite ak pwoteksyon anviwònman an.

Teknoloji avanse

Li ta dwe kenbe nan tèt ou ke teknoloji yo aksepte kòm yon pwospè pou fiti prè yo aktyèlman pa fondamantalman nouvo, men yo se ityòm-ion opsyon. Sa yo se, pou egzanp, solid-eta pil, ki itilize yon elektwolit solid olye pou yo yon likid (oswa jèl nan ityòm polymère pil). Solisyon sa a bay yon konsepsyon ki pi estab nan elektwòd yo, ki vyole entegrite yo lè yo chaje avèk gwo kouran, respektivman. tanperati ki wo ak gwo chaj. Sa ka ogmante chaje aktyèl, dansite elektwòd ak kapasite. Pil eta solid yo toujou nan yon etap trè bonè nan devlopman epi yo fasil frape pwodiksyon an mas jouk nan mitan deseni.

Youn nan prim-genyen kòmanse-ups yo nan BMW BMW Teknoloji Konpetisyon 2017 nan Amstèdam te yon konpayi ki mache ak pil ki gen Silisyòm anod amelyore dansite enèji. Enjenyè yo ap travay sou nanotechnologies divès kalite bay pi gwo dansite ak fòs nan tou de materyèl la anod ak katod, ak yon sèl solisyon se yo sèvi ak grafèn. Kouch mikwoskopik sa yo nan grafit ki gen yon epesè atòm sèl ak yon estrikti egzagonal atomik yo se youn nan materyèl ki pi pwomèt yo. "Boul yo grafèn" devlope pa manifakti batri selil Samsung SDI, entegre nan estrikti nan katod ak anod, bay pi wo fòs, pèmeyabilite ak dansite nan materyèl la ak yon ogmantasyon korespondan nan kapasite de apeprè 45% ak senk fwa pi vit chaje tan. Teknoloji sa yo ka resevwa enpilsyon ki pi fò nan machin Fòmil E, ki ka premye moun ki dwe ekipe ak pil sa yo.

Jwè yo nan etap sa a

Jwè prensipal yo kòm founisè Tier 123 ak Tier 2020, sa vle di manifaktirè selil ak batri, se Japon (Panasonic, Sony, GS Yuasa ak Hitachi Vehicle Energy), Kore di (LG Chem, Samsung, Kokam ak SK Innovation), Lachin (BYD Company) . , ATL ak Lishen) ak USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel ak Valence Technology). Swèd prensipal yo nan telefòn selilè yo se kounye a LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Kore di), AESC (Japon), BYD (Lachin) ak CATL (Lachin), ki gen yon pati nan mache de tyè. Nan etap sa a nan Ewòp, yo sèlman opoze pa BMZ Group soti nan Almay ak Northvolth soti nan Sweden. Avèk lansman Gigafactory Tesla a nan XNUMX, pwopòsyon sa a pral chanje - konpayi Ameriken an pral konte pou XNUMX% nan pwodiksyon nan mond lan nan selil ityòm-ion. Konpayi tankou Daimler ak BMW deja siyen kontra ak kèk nan konpayi sa yo, tankou CATL, ki ap konstwi yon faktori an Ewòp.