1000km pil ömrüne sahip elektrikli bir araba olacak mı? Güç pili nerede gelişti?
Hangi yılda 1000km pil ömrüne sahip elektrikli bir otomobil çıkacak? Bu netizenin mesajıyla başlayalım:
Netizenlerin kazma yeteneği gerçekten güçlü ve hızlı bir dalga büyük bir konudur. Açıkça tarif etmenin gerçekçi olmadığı gerçeği göz önüne alındığında, Dian Ge kısaca ana akım güç pillerinin gelişimini zaman çizelgesi sırasına göre sıralayacaktır; Resmin tamamına bir göz atmak mümkün olmasa da, leoparı bir an için görmek de mükemmeldir ~
1980 öncesi aydınlanma çağında, elektrikli araçlar benzinli araçlardan daha erken doğmuştur.
İçeriği basitleştirmek ve kilit noktaları vurgulamak için Dian Ge, 1980 öncesi Aydınlanma dönemini arayacak.
Elektrikli araçların yakıtlı araçlardan çok daha erken doğduğu ve doğdukları ilk günlerde saf elektrikli araçların mutlak ana akım olduğu konusunda ünlü bir soğuk bilgi var. Sonuçta, en eski elektrikli araç konsepti, 1828'de Yedlik tarafından üretilen motor "oyuncak" a kadar izlenebilir. Ancak bu buluş, net bir "güç bataryası" konseptine sahip olmadığından, gerçek bir saf elektrikli araç değildir.
İlerleyen yıllarda DC motorla çalıştırılan ilk elektrikli araba ve ilk elektrikli at arabası gibi su testi ürünleri doğmuştur.Ancak bu ürünlerle ilgili genel sorun, temelde sadece tek kullanımlık olarak sayılabilecek olan pili şarj edememesidir. oyuncak. Şaka yapmak gerekirse, o dönemde saf elektrikli araçların icat edilmesinin amacı, at arabalarının maliyetinin çoğu insan için çok yüksek olmasından kaynaklanıyordu.
Dönüm noktası, 1859'da Gaston'un güçlü bir güç bataryası olarak kabul edilebilecek kurşun asit bataryayı icat etmesiyle gerçekleşti. Bu buluş temelinde, ilk kurşun-asit akülü elektrikli araba 1881'de başarıyla doğdu (bu referans olarak kullanılsa bile, 1886'daki ilk yakıtlı arabadan daha öncedir). Camille daha sonra tasarımı yoğun bir şekilde geliştirdi ve yalnızca 160 kg ağırlığında ve 12 km / s azami hıza sahip olan bu kurşun-asit akülü üç tekerlekli bisikleti üretti. Belki de hızlı koşacak kadar güçlü değilsiniz, arabadan çok daha yavaş değilsiniz. Enerji formlarının büyük gelişme çağında, elektrikli araçlar, içten yanmalı motorlar ve buhar motorları üçlü bir tarzdaydı.
Tıpkı bugün olduğu gibi, 19. yüzyılın sonlarındaki elektrikli araçlar da yakıtlı araçlardan daha sessizdi ve o dönemdeki elektrikli araçların güvenilirliği, yakıtlı araçlarınkinden çok daha yüksekti, ancak o zamanki elektrikli araçların kurşun-asit akü kapasitesi ile sınırlıydı. Bu büyük adamların dayanıklılığı genellikle 70 kilometreden az ile sınırlıdır ve en yüksek hız yalnızca 30 km / s'dir.
Karakteristiklerini özetlemek isteyebilirsiniz. Şu anda, güç pilinin boyutu büyük, kütlesi yüksek ve enerji yoğunluğu son derece düşük. Eşitsizlik o kadar abartıldı ki, o sırada pilleri istifleyerek pil ömrünü uzatmak imkansızdı, çünkü pil yığını 700 ila 800 kilogramdı. Gelecekte, o zamanki motorlar bu kadar büyük bir gövdeyi bile süremezdi. Aynı dönemde nikel-kadmiyum piller gibi yeni teknolojiler piyasaya çıksa bile, içsel ikilemi iyileştirmek zordur. İçten yanmalı motor patlaması dönemi olan 20. yüzyıla girdikten sonra, elektrikli araçların gelişimi aşamalı bir durgunluğa düştü.
Fordun Model T üretim hattı 1913te, bu süre zarfında tramvay yoktu.
1976'dan 1985'e kadar ilk petrol krizi ve yoğunlaşan çevre koruma sorunları ile otomobiller için enerji tasarrufu ve emisyonların nasıl azaltılacağı insanların vizyonuna geri döndü Elektrikli araçları bir kez daha hatırladık. Bunların arasında Stanley, John ve Akira Yoshino tarafından ortaya konan lityum iyon pil çerçevesi var. Lityum pillerin doğuşu, yüksek voltajlı şarj edilebilir pillerin yavaş yavaş insanların hayatına girmesini sağladı. O zamandan beri, insan gücü pil teknolojisi ağacı temelde etrafta dolaşıyor Lityum piller sorun yaratıyor.
Dünyaya yaptıkları katkıları anmak adına 2019 Nobel Kimya Ödülü'nü kazananlar bu üç arkadaştır.
1980-2000 lityum çağına girdi: lityum kobalt oksit, lityum demir fosfat ve diğer piller ortaya çıktı
Lityum pil çağına girdikten sonra, bir araç güç pili olarak hangi biçime bir gecede ulaşılmadı, ancak zorlu bir keşif döneminden sonra, bu nedenle ilk günlerde ilk gerçek saf elektrikli araç grubunu gördük, ancak hala kullanılıyorlardı. Bazı eski pil teknolojileri. Örneğin, yağdan elektriğe işareti 106'yı nikel-krom pillerle kullanıyorsunuz, en yüksek hız 90km / s ve dayanıklılık sadece 100km.
106 logosunun 1995 yılında elektrikli versiyonu yaşlı adamımıza benziyor
Ayrıca tanınmış GM EV1 de var. 106 logosunun aksine GM EV1 mutlak saf elektrikli bir orijinal tasarımdır. 2 koltuklu coupe piyasaya çıkar çıkmaz büyük beğeni topladı.Erken kurşun-asit akü versiyonu 16.5kWh pil kapasitesine sahiptir ~ 18.7kWh, EPA 126km pil ömrüne sahiptir ve daha sonraki nikel-hidrojen pil versiyonu 26.4kWh pil kapasitesine ve EPA 228km pil ömrüne sahiptir. GM EV1'in iniş çıkışları başka bir hikaye, ilginizi çekiyorsa 2006 tarihli "Elektrikli Arabayı Kim Öldürdü" belgeselini izleyebilirsiniz.
Son nesil genel EV1
Şimdiye kadar, saf elektrikli araçlar kurşun-asit pilleri ortadan kaldırdı ve daha güvenli bir nikel-metal hidrit pil denedi. Bununla birlikte, nikel-metal hidrit piller son derece düşük enerji yoğunluğu ikilemiyle karşı karşıyadır. Ağırlık enerji yoğunluğu temelde 80 Wh / kg'ın altında durmuştur. Uzun ömürlü saf elektrikli araçlar için Ni-MH piller de ideal değildir. Akira Yoshino, LCO lityum kobalt oksit pilleri önerene kadar, lityum iyon piller güçlü bir gelişme dönemine girdi.
Bu dönemde, LCO lityum kobalt oksit ve LCO lityum manganat ile temsil edilen lityum piller aktif olarak geliştirildi, ancak olgun bir araç güç pili bulmak her zaman zor görünüyor. Eski lityum kobalt oksit pil yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir, ancak adından maliyetin korkunç olduğu ve büyük bir araba sınıfı pil üretmenin o kadar gerçekçi olmadığı biliniyor; ikincisi daha düşük bir lityum manganez oksit maliyetine sahiptir, ancak ömrü düşüktür. , Enerji yoğunluğu tekrar düşer. Bu tur denemelerin sonuçları her zaman tatmin edici değildir.Neyse ki, büyük kapasiteli ve daha iyi döngü performansına sahip lityum iyon pillerin araç güç pillerinin gelişim yönü olduğu doğrulanmıştır.
Lityum kobalt oksit LiCoO2'nin kısmi kristal modeli
Bu dönüm noktası 1997'de gerçekleşti. Aralıksız çabalardan sonra John, LFP lityum demir fosfat pili geliştirdi ve sonunda güvenliği, düşük maliyeti ve yüksek çevrim ömrünü birleştiren bir lityum pil teknolojisi buldu. Güç lityum pillerin ticarileştirilmesini mümkün kılar.
2000-2020 Enerji Yoğunluğu İleriye Doğru Büyük Atılım: Lityum Demir Fosfat ve Üçlü Lityum Arasındaki Tartışma
Yeni yüzyıla girdikten sonraki hikaye herkese tanıdık geliyor, temelde lityum demir fosfat pil ile üçlü lityum pilin yarıştığı bir durum.
Lityum demir fosfat pil (LFP), pozitif elektrot malzemesi olarak lityum demir fosfat kullanan bir lityum iyon pil iken, üçlü lityum pil, pozitif elektrot malzemesi olarak nikel ve kobalt kullanan ve kimyasal yapıyı stabilize etmek için manganez veya alüminyum tuzları kullanan bir lityum pildir. Esas olarak NCM (nikel kobalt manganez) ve NCA (nikel kobalt alüminyum) vardır. Kimyasal özellikler nedeniyle, lityum demir fosfat pillerin voltaj platformu düşüktür ve lityum demir fosfat pillerin enerji yoğunluğu yaklaşık 140 Wh / kg'dır. Üçlü lityum pil, yüksek voltaj ve 240 Wh / kg enerji yoğunluğuna sahiptir. Başka bir deyişle, aynı pil ağırlığı altında, üçlü lityumun enerji yoğunluğunu lityum demir fosfat malzemelere göre daha yüksek yapmak daha kolaydır.
NCM (nikel kobalt manganez) pil veya NCA (nikel kobalt alüminyum) pil olmasına bakılmaksızın, iki üçlü lityum pil, lityum demir fosfat pillere göre enerji yoğunluğunda daha fazla avantaja sahiptir. O halde, enerji yoğunluğu hala ince değişikliklerden geçiyor. Spesifik olarak, farklı nikel, kobalt, manganez veya nikel, kobalt ve alüminyum oranlarına dayalı olarak daha yüksek bir enerji yoğunluğu elde etmektir. Prensip karmaşık değildir ve bu mümkün olduğunca nikel oranını artırmaktır ve yapılacaktır.
Örnek olarak NCM (nikel-kobalt-manganez) pilini alın. Üçünün farklı içeriğine göre, yaygın olanlar NCM523, NCM622 ve NCM811'dir (sayı, nikel-kobalt-manganez oranını temsil eder). Şu anda GAC New Energy Aion S ve Weilai ES6 gibi ürünler zaten var NCM811 bataryası diğer modellerde kullanılır ve bataryanın enerji yoğunluğu, hacim değişmeden tutulurken önemli ölçüde iyileştirilebilir.
GAC Yeni Enerji Aion S
Weilai ES6
Yüksek nikel üçlü lityum pillerin kısa vadede kapasite yoğunluğunun iyileştirilmesinden kaçamayan gelişme yönü haline geldiği görülmektedir.Nikel içeriğinin artması ile üçlü katot malzemesinin özgül kapasitesi giderek artacak ve pil hücresinin enerji yoğunluğu da artacaktır. Buna göre artırın. Örneğin, Tesla'nın 21700 NCA üçlü lityum pil hücrelerini kapsamlı kullanımı 260 Wh / kg'a kadar enerji yoğunluğuna sahiptir ve nikel-kobalt-alüminyum oranı 8: 1.5: 0.5'dir. Bunun "yüksek nikel pil" olduğuna şüphe yok.
Genel olarak bakıldığında, lityum demir fosfat pilin düşük maliyeti, güçlü döngü performansı ve güçlü güvenliği vardır; bu, ağırlık enerji yoğunluğunun nispeten düşük olduğu anlamına gelir; nikel-kobalt-alüminyum / nikel-kobalt-manganez üçlü lityum pil ise daha yüksek maliyet, daha güçlü döngü performansı ve sistem enerjisine sahiptir. Yoğunluğun arttırılması daha kolaydır, ancak kararlılık daha az kesindir (özellikle yüksek nikel piller). Bu nedenle, geleneksel olarak, üçlü lityum piller küçük binek araçlarda daha yaygın olarak kullanılır ve lityum demir fosfat piller daha yaygın olarak büyük ticari araçlarda kullanılır.
Yüksek nikel üçlü lityum pillerin hızla ilerlemesiyle birlikte, güvenlik tehlikelerinin 2019'daki birçok güvenlik olayında da patlak verdiğini ve insanların güvenliği korurken yüksek enerji yoğunluğu ve uzun pil ömrü arayışını yeniden incelemelerini sağladığını belirtmek gerekir. Seks de göz ardı edilmemelidir.
2020-2025: Üçlü lityum piller gelişmeye devam ediyor, lityum demir fosfat ikinci bir yay olabilir
Teknolojinin mevcut durumundan yola çıkarak, üçlü lityum pil pazardaki lider konumunu uzun süre koruyacak ve hatta koruyacaktır.Güç pil alanının enerji yoğunluğunun mevcut 255 Wh / kg'den 300 Wh / kg'a yükselmesi bekleniyor ve pil ömrü, mevcut maksimum yaklaşık 600km'den daha da iyileştirilecek. .
Nasıl geliştirilir? Birkaç yöntem var. Bunları paketleme sürecine ve şekline göre bölmeye alışkınız. Şu anda, ana akım üç türe ayrılabilir: silindirik lityum iyon piller, yumuşak paket lityum iyon piller ve kare lityum iyon piller. Lityum iyon pillerin piyasaya sürülmesinden bu yana, yaygın olarak kullanılan ilk 3C ve tüketici elektroniği, silindirik lityum iyon pillerdir. Tesla, Panasonicin olgun sarım teknolojisi ile karakterize edilen 18650 ve 21700 NCA silindirik lityum iyon pillerini kullanır. , Enerji yoğunluğu yüksektir ancak buna bağlı olarak elektronik kontrolün zorluğu artar.
Yumuşak paket lityum iyon pil endüstrisi 20 yıldan fazla bir süredir gelişmektedir. LG, SK, AESC vb. Şirketler yaygın olarak kullanılan çok sayıda olgun ürüne sahiptir. En belirgin özellik, kabuğun alüminyum-plastik film olmasıdır, bu nedenle montaj işlemi nispeten basittir. Güç bataryası alanında lamine teknolojisi kullanılmaktadır. Karşılık gelen kare lityum iyon pil de anlar, üretim süreci aslında yumuşak paketle aynıdır, ancak alüminyum kasa ve kapak plakasının ambalajı montajdan sonra lazerle kaynaklandığı için, ikincil enjeksiyon için kaynak sonrası bir sıvı enjeksiyon deliği vardır, montaj Süreç doğal olarak daha karmaşıktır ve şu anda sargılı şekillendirme işleminin çoğu kullanılmaktadır.
Kare lityum iyon pil (çoğu yerli model VDA boyutunu benimser) nispeten düşük elektronik kontrol zorluğuna sahip olduğundan ve üretim sürecinde daha belirgin güvenliğin ikili faydalarına sahip olduğundan, giderek yaygınlaşan bir tercih haline geldiği söylenebilir. Şu anda, üçlü lityum pillerin atılımlarının çoğu, kare laminasyon üretim verimliliğinin en büyük sorununu ortadan kaldıran laminasyon sürecini mevcut temelde kullanmaktır.Bu, birçok fayda sağlayacaktır. Önümüzdeki birkaç yıl içinde güç pillerinin ana geliştirme yönü.
İster yumuşak bir paket isterse kare bir alüminyum kabuklu pil takımı olsun, yeni enerji araçları için pil takımının tasarımı nedeniyle yükseklik genellikle sınırlıdır ve şekli daha uzun bir yönde gelişmektedir. Bu eğilime uyum sağlamak için, geleneksel sarma işlemi pilleri artık otomotiv sınıfı güç pillerinin morfolojik gereksinimlerini karşılayamaz, bunun yerine laminasyon işlemi ile üretilen piller kullanılacaktır. Sargı iğnesi yapısı ile sınırlandırılmayan laminat hücrenin esnek boyutu, lamine üretimi ve kutup parçasının ara yüzünün düzlüğünün yüksek olmasından kaynaklanmaktadır.
Düzlük daha yüksektir ve en doğrudan değişim, enerji yoğunluğunun% 5 artması, çevrim ömrünün% 10 artması ve teknoloji olgunlaştıktan ve geniş çaplı hale geldikten sonra maliyetin% 5 azaltılabilmesidir. Diğer süreçleri ve hammaddeleri değiştirmeden, yalnızca laminasyon işlemi kullanılarak çevrim ömrü% 10 artırılabilir.
Bu nedenle, gelecekte, güç bataryası kademeli olarak modülerleştirmeyi terk edecek ve profesyonel (araç standardı) ve büyük ölçekli gelişime doğru gelişecektir. Hacim ne kadar büyükse, laminasyonun daha belirgin avantajları da o kadar belirgin hale gelecektir.Bu aynı zamanda geleceğin bataryasının; Panasonic, Samsung SDI'nın geliştirme trendi. , CATL, BYD, Honeycomb ve diğer endüstri devlerinin yakın gelecekte laminasyon sürecini uygulamaya koyma planları var.
Tabii ki sürecin yanı sıra, üçlü lityum pil de kobalt azaltma (maliyet düşürme) ve yeni malzeme keşfi konusunda çok çaba gösterecek.Amaç, süreç iyileştirmeye benzer, bu yüzden tekrar etmeyeceğim.
Ayrıca dikkat edilmesi gereken, lityum demir fosfat pildir.İşlem aynı zamanda büyük ölçüde iyileştirildiğinden, pil paketi sisteminin enerji yoğunluğu yaklaşık 160 Wh / kg'a ulaşmıştır.Yüksek nikel pil ile karşılaştırıldığında hala bir boşluk olmasına rağmen, açıkça öyle. LiFePO4'ün performansı, büyük ticari araçlarda ve pil ömrü için daha az aşırı gereksinimleri olan bazı binek araçlarda kullanılmak için yeterli olmuştur.Maliyet ve güvenlik avantajları ile birlikte, lityum demir fosfat pillerin ikinci baharda parlaması ve kurulu kapasiteyi tekrar artırması bekleniyor.
2025: Katı hal pillerin başlangıcı
Ne yazık ki, süreci yükselterek ve üçlü oranı değiştirerek ve yükseltme sürecini değiştirerek lityum pillerin performansını artırmak, sınırlı büyüme alanına sahip olacak ve aynı zamanda daha aktif kimyasal özelliklerin fiyatını taşıyacak. Uzun vadeli, daha umut verici bir pil teknolojisi var mı? Elbette var, bu araç güç pillerinin, katı hal pillerinin nihai amacıdır.
Katı hal pilleri kimyasal özelliklerde doğal avantajlara sahip olduğundan, enerji yoğunluğu kolaylıkla 400 Wh / kg'ı aşacak, 1000km pil ömrünü etkileyecek ve güvenlik de niteliksel bir sıçrama sağlayacaktır.
Katı hal lityum pil, adından da anlaşılacağı gibi, diyafram ve elektroliti katı bir elektrolit ile değiştirir. Katı hal pilleri, araç güç pillerinin performansını iyileştirmede devrim niteliğindedir; Canlı bir şekilde konuşursak, geleneksel lityum pillere kıyasla, katı hal elektrolitleri kullanan katı hal piller, katı hal sabit sürücülerin mekanik sabit sürücülere göre performans iyileştirmeleriyle karşılaştırılabilir.
Katı elektrolitlerin faydaları çok fazladır.Taşınması gereken ilk şey, geleneksel üçlü lityum pilin grafit anotuna gerek olmaması ve metal lityumun doğrudan anot olarak kullanılmasıdır.Bu adımla, enerji yoğunluğu büyük ölçüde iyileştirilebilir. İkinci olarak, katı elektrolit ayrıca enerji yoğunluğunu üst üste bindirip artırabilen daha büyük kapasiteli bir katot malzemesinin kullanımına izin verir ve faydaları daha açıktır.
Daha da önemlisi, katı elektrolitin yanıcı olmayan, aşındırıcı olmayan, sızıntı yapmayan, uçucu olmayan vb. Gibi birçok temel avantajı vardır ve önceki saf elektrikli araçların güvenlik endişeleri de çözülecektir.
Pil ömrü ve güvenliği ile ilgili sorunları çözerken katı hal pillerin de küçük boyut, uzun ömür ve kolay geri dönüşüm gibi birçok avantaja sahip olduğundan bahsetmeye gerek yok. Bu nedenle, öngörülebilir gelecekte, katı hal pilleri, araca monteli güç pillerinin ve hatta tüm pil endüstrisinin gelişim yönü olacaktır.
Araştırma ve geliştirme zor ve maliyetli olsa bile, katı hal pillerinin geleceği tüm endüstrinin talebi altında hala net. O zamana kadar caddenin dört bir yanından geçen elektrikli araçların batarya ömrünün 1000 km'yi geçmesinden korkuyorum.
Yazar | Minden BKB'yi bekleyin
