Pehea e hoʻoikaika ai nā Bateri Lithium-ion i ko mākou honua?

Ua hauʻoli wau i kēia mau mana ikehu i kā mākou mau polokalamu. He aha ka mea e hoʻohuli ai iā lākou? E ʻae mai iaʻu e kaʻana like i kaʻu mea i ʻike ai.

Hoʻopuka nā ʻeke Lithium-ion i ka uila ma o ka neʻe ʻana o ka lithium-ion ma waena o ka anode a me ka cathode i ka wā o ka hoʻoiho / hoʻokuʻu ʻana. ʻO kā lākou ikehu kiʻekiʻe a me ka rechargeability e kūpono iā lākou no nā uila uila a me nā kaʻa uila, ʻaʻole like me nā mea ʻē aʻe.

Akā ʻoi aku ka nui ma lalo o ka ʻili. ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i kā lākou mechanics e hōʻike ana i ke kumu o ko lākou lanakila ʻana i ka ʻenehana hou - a he aha nā palena e pono ai mākou e hoʻoponopono.

Pehea ka hana ʻana o nā pākahi lithium-ion?

Ua noʻonoʻo wau e pili ana i ka hana kilokilo i loko o kaʻu pākaukau laptop. ʻOi aku ka hoihoi o ka ʻoiaʻiʻo ma mua o ke kilokilo.

Hoʻokuʻu ʻia nā Lithium ions mai ka cathode a i ka anode i ka wā e hoʻouka ai ma o ka electrolyte, e mālama ana i ka ikehu. I ka hoʻokuʻu ʻana, hoʻi nā ion i ka cathode, e hoʻokuʻu ana i nā electrons ma o ke kaapuni waho. Hiki ke hoʻohana hou ʻia kēia hopena electrochemical reversible.

Ma ka pae mole, hoʻokuʻu ka cathode (maʻamau lithium metal oxide) i nā ion lithium i ka wā e hoʻomaka ai ke kau ʻana. Hele kēia mau iona i loko o ka wai electrolyte a hoʻokomo i loko o nā papa graphite o ka anode ma kahi kaʻina i kapa ʻia ʻo intercalation. I ka manawa like, e kahe ana nā electrons ma kāu charger i ka anode.

I ka hoʻokuʻu ʻana, hoʻohuli ke kaʻina: Lithium ions puka i ka anode, hele i ka membrane separator, a komo hou i ka hale cathode. ʻO nā electrons i hoʻokuʻu ʻia e hoʻoikaika i kāu kelepona ma o ke kaapuni. Loaʻa nā mea hou nui:

• Electrolyte optimization: ʻO nā mea hoʻohui hou e hōʻemi i ka hoʻokumu ʻana o ka dendrite e hoʻopōkole ai
• Nā hoʻolālā mokuʻāina paʻa: E hoʻololi i nā electrolytes wai me nā mea hoʻokele ceramic/polymer e pale aku i ka leak
• Nā holomua anode: Hoʻonui nā mea hoʻohui silikoni i ka hiki ke mālama i ka lithium e 10x versus graphite

He kuleana koʻikoʻi ka mea hoʻokaʻawale - ʻae kona mau pores microscopic i ka hele ʻana o ka ion i ka wā e pale ana i ka pilina kino ma waena o nā electrodes. Nānā mau nā ʻōnaehana hoʻokele pākaukau i ka volta a me ka mahana e pale ai i ka overcharging, hiki ke hoʻoulu i ka holo wela.

He aha ka mea e ʻokoʻa ai nā ʻano pākahi lithium-ion like ʻole?

ʻAʻole i hana ʻia nā pākahi lithium āpau. Ua aʻo au i kēia i ka hoʻohālikelike ʻana i nā hiʻohiʻona EV i ka makahiki i hala.

ʻO nā ʻokoʻa koʻikoʻi e pili ana i ka kemika cathode (LCO, NMC, LFP), ka helu ʻana o ka ikehu, ke ola pōʻai, a me ke kūpaʻa wela. Hāʻawi nā pākahi LFP i nā ola lōʻihi a me ka palekana ʻoi aku ka maikaʻi, ʻoiai ʻo NMC e hāʻawi i ka nui o ka ikehu kiʻekiʻe no ka lōʻihi.

Hōʻike ka haku mele Cathode i nā ʻano hana:

• LCO (Lithium Cobalt Oxide): Kiʻekiʻe ka ikehu nui akā pōkole ke ola (500-800 pōʻaiapuni). Hoʻohana ʻia i nā smartphones
• NMC (Nickel Manganese Cobalt): Kaulike ka ikehu/ka mana (1,500-2,000 pōʻai). E hoʻomalu i nā EV e like me Tesla
• LFP (Lithium Iron Phosphate): Paʻa wela ʻokoʻa (3,000+ mau pōʻai). Hoʻopili ʻia e BYD a me Tesla Standard Range
• NCA (Nickel Cobalt Aluminum): ʻO ka nui o ka ikehu ikaika akā haʻahaʻa ka paʻa. Nā noi kūikawā

Hoʻokaʻawale hou nā ʻano anode i nā ʻano:

• Graphite: Mea maʻamau me ka paʻa maikaʻi
• Silicon-composite: 25% kiʻekiʻe ka mana akā hoʻonui nā pilikia
• Lithium-titanate: Hoʻouka wikiwiki loa (10min) akā haʻahaʻa ka ikaika o ka ikehu

Hoʻopili ʻia nā hana electrolyte i ka hana wela. Hoʻohana ʻia nā electrolytes fluorinated hou ma -40°C, ʻoiai nā mea hoʻohui ceramic hiki ke hoʻopaʻa wikiwiki loa. He ʻokoʻa loa ke kumukūʻai - ʻoi aku ka liʻiliʻi o nā cell LFP ma mua o NMC akā ʻoi aku ke kaumaha.

No ke aha i mana nui ai nā pākahi lithium-ion i nā kaʻa uila?

I ka hoʻāʻo ʻana i nā EV, ʻike wau ʻaʻole ʻo kā lākou mau pākahi wale nō nā ʻāpana - ʻo ia ke kumu.

ʻO ka Lithium-ion ka mea i hoʻomalu i nā EV ma muli o ka like ʻole o ka ikehu-a-kaumaha ratios (200+ Wh/kg), hiki ke hoʻopiʻi wikiwiki, a me ka emi ʻana o nā kumukūʻai (89% hōʻemi mai 2010). Hāʻawi lākou i 300+ mau mile i hiki ʻole ke loaʻa me nā mea ʻokoʻa hydride lead-acid a i ʻole nickel-metal hydride.

ʻEkolu mau pono ʻenehana e hoʻopaʻa i ko lākou mana:

1. ʻOi aku ka maikaʻi o ka ikehu: Loaʻa i ka ʻaila he 12,000 Wh/kg, akā he 30% ka maikaʻi o nā mīkini ICE. Hāʻawi nā ʻeke NMC hou i ka ikehu 4-5x ʻoi aku ka hoʻohana ʻana i kēlā me kēia kg ma mua o nā mea koho nickel-based, e hiki ai i nā pae kūpono.
2. ʻO ka maikaʻi o ka hoʻopaʻa ʻana: ʻae ʻo Lithium-ion i ka 350kW+ wikiwiki (hoʻohui i 200 mau mile i 15 mau minuke) ma muli o ka haʻahaʻa haʻahaʻa o loko. Pono nā pūnaeau wahie hydrogen i 3x ka lōʻihi o ka hoʻopiha piha ʻana no ka pae like.
3. Hoʻohui hou i ka braking synergy: Lithium chemistry e hopu hou i ka 90% o ka ikehu braking versus 45% no ka waikawa lead. Hoʻonui kēia i ka laulā ma 15-20% i ka hoʻokele kūlanakauhale.

ʻO nā hana hou e like me ka ʻenehana cell-to-pack a CATL e hoʻopau i nā ʻāpana modular, e hoʻonui ana i ka nui o ka pack i 200Wh/kg aʻo ka hōʻemi ʻana i nā kumukūʻai i $97/kWh (2023). Hoʻohiki nā prototypes solid-state 500Wh/kg e 2030.

He aha nā pilikia palekana lithium-ion koʻikoʻi?

ʻO ka ʻike ʻana i ke ahi ʻana o ka pā uila EV ma ka nūhou, ua noiʻi wau i nā pilikia maoli e kūʻē i ka hype.

ʻO ka holo wela - ʻo ka wela wela ʻole i hoʻokumu ʻia e nā kaapuni pōkole a i ʻole ka pōʻino - ʻo ia ka pōʻino mua. ʻO nā mea palekana o kēia wā, nā mea hoʻokaʻawale i uhi ʻia i ka seramika, nā electrolytes pale ahi, a me nā ʻōnaehana hoʻokele pākaukau he nui e nānā ana i kēlā me kēia cell 100x/kekona.

Hoʻomaka ka holo wela ke ʻoi aku ka mahana ma mua o 150°C, e hoʻomaka ana i nā hopena decomposition:

1. ʻO ka haʻihaʻi papa SEI (80-120°C)
2. Ka hopena electrolyte me ka anode (120-150°C)
3. Ka hoʻoheheʻe ʻana o Cathode e hoʻokuʻu ana i ka oxygen (180-250°C)
4. Ka puhi ʻana i ka electrolyte (200°C+)

Hoʻokumu nā mea hana i ʻelima mau pale pale:

• Hoʻolālā pale: Dendrite-suppressing additives i nā electrolytes
• Pūnaehana hoʻopaʻa ʻia”: ʻO nā kahawai hoʻoluʻu ma waena o nā cell a me nā pā ahi
• Mākaʻikaʻi: Nā mea ʻike uila / wela ma kēlā me kēia kelepona
• Nā polokalamu polokalamu”: Hoʻokaʻawale i nā cell i poino i loko o nā milliseconds
• Palekana hoʻolālā ": nā hīnaʻi pahu pahu pahu

ʻO ka hao phosphate (LFP) kemika kū i ka 300°C ma mua o ka decomposing me 150°C no NMC. Hoʻopau loa nā ʻenekini sodium-ion hou i nā pilikia ahi akā hāʻawi i ka haʻahaʻa haʻahaʻa. E hoʻohana mau i nā loina i hōʻoia ʻia e ka mea hana - 78% o nā hemahema e pili ana i nā lako aftermarket.

Ka hopena

Hoʻohālikelike ka ʻenehana Lithium-ion i ka nui o ka ikehu, ke kumu kūʻai a me ka palekana - akā hoʻomau ka ulu ʻana. Hiki ke hoʻopau i nā ʻōhua o ka lā ʻapōpō i nā palena o kēia lā ʻoiai e hoʻoikaika ana i ko mākou wā e hiki mai ana.