Bawo ni Awọn Batiri Lithium-ion Ṣe Agbara Aye Wa?

Awọn ile-iṣẹ agbara wọnyi ti ni iyanilenu nipasẹ awọn ẹrọ wa. Ohun ti o mu ki wọn ki rogbodiyan? Jẹ ki n pin ohun ti Mo ti ṣawari.

Awọn batiri litiumu-ion n ṣe ina ina nipasẹ gbigbe litiumu-ion laarin anode ati cathode lakoko awọn akoko idiyele/sisọjade. Iwọn agbara giga wọn ati gbigba agbara jẹ ki wọn jẹ apẹrẹ fun ẹrọ itanna to ṣee gbe ati awọn ọkọ ina mọnamọna, bii awọn omiiran isọnu.

Ṣugbọn diẹ sii wa labẹ ilẹ. Loye awọn oye ẹrọ wọn ṣafihan idi ti wọn fi jẹ gaba lori imọ-ẹrọ ode oni - ati awọn idiwọn wo ni a gbọdọ koju.

Bawo ni awọn batiri litiumu-ion ṣiṣẹ gangan?

Mo lo lati ṣe iyalẹnu nipa idan inu batiri kọǹpútà alágbèéká mi. Otito jẹ ani diẹ fanimọra ju idan.

Litiumu ions akero lati cathode si anode nigba gbigba agbara nipasẹ ohun elekitiroti, titoju agbara. Lakoko itusilẹ, awọn ions pada si cathode, itusilẹ awọn elekitironi nipasẹ Circuit ita. Ihuwasi elekitirokemika iyipada yii jẹ ki atunlo.

Ni ipele molikula, cathode (ni deede litiumu irin oxide) tu awọn ions litiumu silẹ nigbati gbigba agbara bẹrẹ. Awọn ions wọnyi rin nipasẹ omi elekitiroti ati ki o fi sabe sinu anode ká graphite Layer ni a ilana ti a npe ni intercalation. Nigbakanna, awọn elekitironi nṣan nipasẹ ṣaja rẹ sinu anode.

Nigbati o ba n ṣaja, ilana naa yi pada: Awọn ions litiumu jade kuro ni anode, kọja awọ ara iyapa, ki o tun-tẹ si ipilẹ cathode. Awọn elekitironi ti a tu silẹ ṣe agbara ẹrọ rẹ nipasẹ Circuit naa. Awọn imotuntun pataki pẹlu:

• Electrolyte ti o dara ju: New additives din dendrite Ibiyi ti o fa kukuru iyika
• Awọn apẹrẹ ti ipinlẹ ri to: Rọpo awọn elekitiroti olomi pẹlu seramiki/polima conductors lati ṣe idiwọ awọn n jo
• Awọn ilọsiwaju Anode: Awọn akojọpọ ohun alumọni ṣe alekun agbara ibi ipamọ litiumu nipasẹ 10x dipo graphite

Oluyapa naa ṣe ipa aabo to ṣe pataki - awọn pores airi rẹ gba aye ion laaye lakoko dina olubasọrọ ti ara laarin awọn amọna. Awọn ọna ṣiṣe iṣakoso batiri nigbagbogbo n ṣe atẹle foliteji ati iwọn otutu lati yago fun gbigba agbara, eyiti o le ma nfa ijade igbona.

Kini o ṣe iyatọ awọn iru batiri litiumu-ion oriṣiriṣi?

Kii ṣe gbogbo awọn batiri litiumu ni a ṣẹda dogba. Mo kọ eyi nigbati o ṣe afiwe awọn awoṣe EV ni ọdun to kọja.

Awọn iyatọ bọtini pẹlu kemistri cathode (LCO, NMC, LFP), awọn iwọn iwuwo agbara, igbesi aye ọmọ, ati iduroṣinṣin igbona. Awọn batiri LFP nfunni ni awọn igbesi aye gigun ati aabo to gaju, lakoko ti NMC n pese iwuwo agbara ti o ga julọ fun iwọn gigun.

Akopọ Cathode n ṣalaye awọn abuda iṣẹ:

• LCO (Lithium Cobalt Oxide): Iwọn agbara giga ṣugbọn igbesi aye kukuru (awọn akoko 500-800). Lo ninu awọn fonutologbolori
• NMC (Nickel Manganese Cobalt): Agbara iwontunwonsi / iwuwo agbara (1,500-2,000 awọn iyipo). Dominates EVs bi Tesla
• LFP (Lithium Iron Phosphate): Iduroṣinṣin gbigbona Iyatọ (awọn iyipo 3,000+). Ti gba nipasẹ BYD ati Tesla Standard Range
• NCA (Nickel Cobalt Aluminiomu): Iwọn agbara ti o pọju ṣugbọn iduroṣinṣin kekere. Awọn ohun elo pataki

Awọn imotuntun Anode tun ṣe iyatọ awọn iru:

• Graphite: Standard ohun elo pẹlu ti o dara iduroṣinṣin
• Silicon-composite: 25% agbara ti o ga julọ ṣugbọn awọn ọran imugboroja
• Lithium-titanate: Gbigba agbara-yara (10min) ṣugbọn iwuwo agbara kekere

Electrolyte formulations ikolu iwọn otutu iṣẹ. Awọn elekitiroti fluorinated tuntun ṣiṣẹ ni -40°C, lakoko ti awọn afikun seramiki jẹki gbigba agbara iyara to gaju. Iye owo yatọ paapaa - Awọn sẹẹli LFP jẹ 30% din owo ju NMC ṣugbọn wuwo.

Kini idi ti awọn batiri lithium-ion jẹ gaba lori awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina?

Nigbati awọn EV ti n wakọ idanwo, Mo rii pe awọn batiri wọn kii ṣe awọn paati nikan - wọn jẹ ipilẹ.

Lithium-ion jẹ gaba lori awọn EVs nitori awọn ipin agbara-si-iwuwo ti ko ni ibamu (200+ Wh/kg), agbara gbigba agbara ni iyara, ati awọn idiyele idinku (idinku 89% lati ọdun 2010). Wọn pese awọn sakani 300+ maili ko ṣee ṣe pẹlu acid-acid tabi nickel-metal hydride yiyan.

Awọn anfani imọ-ẹrọ mẹta jẹ simenti agbara wọn:

1. Ilọju iwuwo agbara: petirolu ni 12,000 Wh/kg, ṣugbọn awọn ẹrọ ICE jẹ 30% daradara. Awọn batiri NMC ode oni n pese 4-5x agbara lilo diẹ sii fun kg ju awọn omiiran ti o da lori nickel, ti n mu awọn sakani to wulo ṣiṣẹ.
2. Ṣiṣe idiyele: Lithium-ion gba gbigba agbara 350kW + ni iyara (fikun awọn maili 200 ni awọn iṣẹju 15) nitori idiwọ inu kekere. Awọn sẹẹli epo hydrogen nilo atunpo 3x gigun fun iwọn deede.
3. Amuṣiṣẹpọ braking isọdọtun: Kemistri litiumu ni iyasọtọ tun gba 90% ti agbara braking dipo 45% fun acid-acid. Eyi fa iwọn nipasẹ 15-20% ni wiwakọ ilu.

Awọn imotuntun iṣelọpọ bii imọ-ẹrọ sẹẹli-si-pack CATL yọkuro awọn paati apọjuwọn, iwuwo idii pọ si 200Wh/kg lakoko ti o dinku awọn idiyele si $ 97/kWh (2023). Awọn apẹẹrẹ ipinlẹ ri to ṣe ileri 500Wh/kg nipasẹ ọdun 2030.

Kini awọn ifiyesi aabo batiri litiumu-ion to ṣe pataki?

Ri awọn ina batiri EV lori awọn iroyin jẹ ki n ṣe iwadii awọn ewu gidi dipo aruwo.

Gbona runaway – igbona ti ko ni iṣakoso ti o ṣẹlẹ nipasẹ awọn iyika kukuru tabi ibajẹ – jẹ eewu akọkọ. Awọn aabo ode oni pẹlu awọn iyapa ti a bo seramiki, awọn elekitiroti atako ina, ati awọn ọna ṣiṣe iṣakoso batiri pupọ-Layer ti n ṣakiyesi sẹẹli kọọkan 100x/aaya.

Ilọkuro igbona bẹrẹ nigbati iwọn otutu ba kọja 150 ° C, ti nfa awọn aati jijẹ:

1. Pipin SEI Layer (80-120°C)
2. Idahun elekitiroti pẹlu anode (120-150°C)
3. Jijẹ Cathode ti n tu atẹgun silẹ (180-250°C)
4. Electrolyte ijona (200°C+)

Awọn aṣelọpọ ṣe imuse awọn ipele aabo marun:

• Apẹrẹ idena: Dendrite-suppressing additives in electrolytes
• Awọn ọna ṣiṣe”: Awọn ikanni tutu laarin awọn sẹẹli ati awọn ogiriina
• Abojuto: Foliteji/awọn sensọ iwọn otutu lori gbogbo sẹẹli
• Awọn iṣakoso sọfitiwia”: Iyasọtọ awọn sẹẹli ti o bajẹ laarin awọn miliọnu iṣẹju
• Aabo igbekalẹ”: Awọn agọ batiri ti n fa jamba

Iron fosifeti (LFP) kemistri duro 300°C ṣaaju ki ibajẹ dipo 150°C fun NMC. Awọn batiri sodium-ion tuntun yọkuro awọn eewu ina patapata ṣugbọn pese iwuwo kekere. Nigbagbogbo lo awọn saja ti o ni ifọwọsi olupese – 78% awọn ikuna pẹlu ohun elo ọja lẹhin.

Ipari

Imọ-ẹrọ Lithium-ion ṣe iwọntunwọnsi iwuwo agbara, idiyele ati ailewu - ṣugbọn o tẹsiwaju lati dagbasoke. Awọn batiri ipinlẹ to lagbara ti ọla le yanju awọn idiwọn ode oni lakoko ti o n ṣe agbara ọjọ iwaju alagbero wa.