Uvod v klasifikacijo in prednosti in slabosti avtomobilskih baterij

Avtomobilske napajalne baterije so osrednje sestavne dele električnih vozil. Baterije različnih tehničnih poti se močno razlikujejo po zmogljivosti, stroških in ustreznih scenarijih. Sledi analiza glavnih klasifikacij in njihovih prednosti in slabosti.

1. litij-ionske baterije (glavna tehnologija)

Litij-ionske baterije, ki jih imenujemo litijeve baterije, so baterije, ki uporabljajo litijevo kovinsko ali litijevo zlitino kot negativne elektrode materiale in nevodne raztopine elektrolitov.

1. Ternarne litijeve baterije (NCM/NCA)
Katodni materiali: oksidi niklja (Ni), kobalta (CO), mangana (MN) ali aluminija (AL).

Prednosti:

Visoka gostota energije (200-300 WH/kg) in dolgi razpon vožnje;

Dobra nizkotemperaturna zmogljivost (še vedno lahko ohrani visoko zmogljivost v -20 stopnji);

Močna hitro polnjenje.

Slabosti:

Visoki stroški (odvisni od redkih kovin, kot sta kobalt in nikelj);

Slaba toplotna stabilnost (enostavna za toplotno pobeg, ki zahteva kompleksno zaščito BMS);

Kratek cikel (približno 1000-2000 krat).

Uporaba: Visokokakovostni potniški avtomobili (na primer Tesla in Nio).

2. litijeva železna fosfatna baterija (LFP)
Katodni material: litijev železni fosfat.

Prednosti:

Visoka varnost (dobra visoka temperaturna stabilnost, ni enostavno eksplodirati);

Dolgo življenjsko dobo (3000-5000 krat);

Nizki stroški (brez odvisnosti od virov kobalta in niklja).

Slabosti:

Nizka gostota energije (150-200 wh/kg);

Slaba nizka temperaturna zmogljivost (-10 stopnja znatno pade);

Nizka napetostna platforma, več celic je treba povezati zaporedno.

Uporaba: električna vozila z nizko ceno, gospodarska vozila (na primer baterije BYD Blade).

3. Druge litij-ionske baterije
Litijev kobaltni oksid (LCO): visoka gostota energije, vendar visoki stroški in slaba varnost, ki se večinoma uporabljajo v potrošniški elektroniki.

Litijev manganov oksid (LMO): nizki stroški, dobra varnost, vendar kratka življenjska doba, ki se uporablja v hibridnih modelih.

2. nikeljno-kovinska hidridna baterija (prehodna tehnologija)

Nikeljno-kovinska hidridna baterija je sekundarna baterija, ki jo je mogoče večkrat napolniti in odpraviti. Gre za novo vrsto zelene baterije, razvite v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, ki nadomešča tradicionalne baterije niklja-kadmij.

Prednosti:

Visoka varnost (pretirano polnjenje/odpornost na odvajanje);

Dobra nizka temperaturna zmogljivost (na voljo v -30 stopnji);

Varstvo okolja (brez onesnaženja s težkimi kovinami).

Slabosti:

Nizka gostota energije (60-120 wh/kg);

Visoka stopnja samoplačila (približno 30% na mesec);

Visoki stroški (vsebujejo redke kovine).

Aplikacije: Hibridna vozila (na primer Toyota Prius), železniški prehod, rezervne baterije, pametni domovi.

3. Baterija s svinčeno kislino (postopoma odpravljena)

Klasifikacija: navadna baterija svinca, AGM (izboljšana).

Prednosti:

Izjemno nizki stroški (zrela tehnologija);

Dobra zmogljivost visoke hitrosti (primerna za izhodiščno napajanje).

Slabosti:

Izjemno nizka gostota energije (30-50 WH/kg);

Življenjska doba kratkega cikla (300-500 krat);

Hudo onesnaženje (vsebuje svinčeno in žveplovo kislino).

Uporaba: električna vozila z nizko hitrostjo, baterije za zagon gorivnih vozil.

4. baterije v trdnih stanju (prihodnja tehnologija)
Trdne baterije lahko razumemo kot baterije z uporabo trdnih elektrolitov. Baterije v trdnem stanju niso vžgane, ne proizvajajo tekočih elektrolitov in so nekorzivne. Zato so učinkovit način za reševanje težav z varnostjo baterije.

Tehnične značilnosti: Tekoče elektrolite zamenjajte s trdnimi elektroliti.

Prednosti:

Visoka teoretična gostota energije (400+ WH/kg);

Močno izboljšana varnost (brez uhajanja, neskladnega);

Dolgo življenjsko dobo (do 10, 000 krat).

Slabosti:

Izjemno visoki stroški (kompleksni proizvodni postopek);

Težave z impedanco vmesnika, ki jih je treba rešiti;

Še ni komercializirano v velikem obsegu.

Napredek: Toyota, CATL in druga podjetja naj bi do leta 2030 množično proizvedli.

5. Natrijeva-ionska baterija (nastajajoča tehnologija)

Prednosti:
Bogate surovine (široki viri natrija);

Odlična zmogljivost z nizko temperaturo (80% zmogljivost pri -40 stopnji);

Nizki stroški (30% nižji od litijevega železovega fosfata).

Slabosti:

Nizka gostota energije (100-160 wh/kg);

Življenje cikla je treba izboljšati (trenutno približno 2, 000 krat).

Aplikacije: shranjevanje energije, električna vozila z nizko hitrostjo (CATL je izdal izdelke).

6. gorivna celica (energija vodika)
Gurna celica je naprava za proizvodnjo električne energije, ki s kemičnimi reakcijami neposredno pretvori vodik in kisik z visoko čistostjo v električno energijo.

Načelo: Ustvarjanje električne energije z reakcijo vodikovega kisika in izdelek je voda.

Prednosti:

Izjemno visoka gostota energije (shranjevanje vodika je 10 -krat večja od litijevih baterij);

Hitra hidrogenacija (3-5 minut);

Nič emisij.

Slabosti:

Visoki stroški (platinasti katalizator, tehnologija shranjevanja vodika);

Pomanjkanje infrastrukture (malo hidrogenacijskih postaj);

Proizvodnja vodika temelji na fosilni energiji.

Uporaba: gospodarska vozila, težki tovornjaki (na primer Toyota Mirai).

Povzetek Primerjalna tabela

Trendi in izzivi
Kratkoročni: litijev železov fosfat (zmanjšanje stroškov) in tritij (dolga življenjska doba baterije) soobstajata;

Srednjeročno: natrijeve ionske baterije dopolnjujejo trg nizkega cenovnega razreda, baterije v trdnih stanju pa se postopoma komercializirajo;

Dolgoročno: Vodikove gorivne celice lahko postanejo glavna sila težkih tovornjakov/letalstva, vendar se zanašajo na zrelost industrijske verige zelene vodikove industrije.