የኤሌክትሪክ መኪና ትናንት ፣ ዛሬ ፣ ነገ-ክፍል 3

"ሊቲየም-አዮን ባትሪዎች" የሚለው ቃል የተለያዩ የተለያዩ ቴክኖሎጂዎችን ይደብቃል።

አንድ ነገር እርግጠኛ ነው - በዚህ ረገድ ሊቲየም-አዮን ኤሌክትሮኬሚስትሪ እስካልተለወጠ ድረስ. ምንም ሌላ ኤሌክትሮኬሚካላዊ የኃይል ማጠራቀሚያ ቴክኖሎጂ ከሊቲየም-አዮን ጋር ሊወዳደር አይችልም. ነጥቡ ግን ለካቶድ ፣ አኖድ እና ኤሌክትሮላይት የተለያዩ ቁሳቁሶችን የሚጠቀሙ የተለያዩ ዲዛይኖች መኖራቸው ነው ፣ እያንዳንዳቸው በጥንካሬው ውስጥ የተለያዩ ጥቅሞች አሏቸው (የክፍያ እና የመልቀቂያ ዑደቶች ብዛት ለኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች የሚፈቀደው ቀሪ አቅም) የ 80%), የተወሰነ ኃይል kWh / ኪግ, ዋጋ ዩሮ / ኪግ ወይም ኃይል ወደ ኃይል ጥምርታ.

ወደ ኋላ ተመለስ

በሚባሉት ውስጥ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ሂደቶችን የማካሄድ እድል. የሊቲየም-አዮን ሴሎች የሚመጡት ባትሪ በሚሞላበት ጊዜ በካቶድ ላይ ካለው የሊቲየም ፕሮቶን እና ኤሌክትሮኖችን ከሊቲየም መጋጠሚያ በመለየት ነው። የሊቲየም አቶም ከሶስቱ ኤሌክትሮኖች ውስጥ አንዱን በቀላሉ ይለገሳል, ነገር ግን በተመሳሳዩ ምክንያት ከፍተኛ ምላሽ የሚሰጥ እና ከአየር እና ከውሃ የተነጠለ መሆን አለበት. በቮልቴጅ ምንጭ ውስጥ ኤሌክትሮኖች በወረዳቸው ላይ መንቀሳቀስ ይጀምራሉ, እና ionዎቹ ወደ ካርቦን-ሊቲየም አኖድ ይመራሉ እና በሽፋኑ ውስጥ ያልፋሉ, ከእሱ ጋር ይገናኛሉ. በማፍሰሻው ወቅት, የተገላቢጦሽ እንቅስቃሴው ይከሰታል - ions ወደ ካቶድ ይመለሳሉ, እና ኤሌክትሮኖች, በተራው, በውጫዊ የኤሌክትሪክ ጭነት ውስጥ ያልፋሉ. ነገር ግን ፈጣን ከፍተኛ የአሁን ባትሪ መሙላት እና ሙሉ ፈሳሽ አዳዲስ ዘላቂ ግንኙነቶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል፣ ይህም የባትሪውን ተግባር ይቀንሳል ወይም ያቆማል። ሊቲየምን እንደ ቅንጣቢ ለጋሽነት የመጠቀም ሃሳብ የመነጨው በጣም ቀላሉ ብረት በመሆኑ ፕሮቶን እና ኤሌክትሮኖችን በተገቢው ሁኔታ በቀላሉ ሊለቅ ይችላል ከሚለው እውነታ ነው። ይሁን እንጂ የሳይንስ ሊቃውንት በከፍተኛ ተለዋዋጭነት, ከአየር ጋር የመገናኘት ችሎታ እና ለደህንነት ምክንያቶች የንጹህ ሊቲየም አጠቃቀምን በፍጥነት ይተዋል.

የመጀመሪያው ሊቲየም-አዮን ባትሪ እ.ኤ.አ. በ 1970 ዎቹ ማይክል ዊትቲንሃም የተፈጠረ ሲሆን ንፁህ ሊቲየም እና ታይታኒየም ሰልፋይድ እንደ ኤሌክትሮዶች ተጠቅሟል ፡፡ ይህ ኤሌክትሮኬሚስትሪ ከአሁን በኋላ ጥቅም ላይ አልዋለም ፣ ግን በእውነቱ ለሊቲየም-አዮን ባትሪዎች መሠረት ይጥላል። በ 1970 ዎቹ ውስጥ ሳምራ ባሱ የሊቲየም ions ከግራፋይት የመምጠጥ ችሎታን አሳይቷል ፣ ግን ለዚያ ጊዜ ተሞክሮ ምስጋና ይግባቸውና ባትሪዎች ሲሞሉ እና ሲለቀቁ በፍጥነት ራሳቸውን ያጠፋሉ ፡፡ በ 1980 ዎቹ ውስጥ የተጠናከረ ልማት ለካቶድ እና ለባትሪዎቹ አናቶድ ተስማሚ የሊቲየም ውህዶችን ማግኘት የጀመረ ሲሆን እውነተኛው ግኝት በ 1991 መጣ ፡፡

ኤንሲኤ ፣ ኤንሲኤም ሊቲየም ህዋሳት ... ይህ በእውነቱ ምን ማለት ነው?

እ.ኤ.አ. በ 1991 ከተለያዩ የሊቲየም ውህዶች ጋር ሙከራ ካደረጉ በኋላ ፣ የሳይንስ ሊቃውንት ጥረቶች በተሳካ ሁኔታ ዘውድ ተቀምጠዋል - ሶኒ የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን በብዛት ማምረት ጀመረ ። በአሁኑ ጊዜ የዚህ አይነት ባትሪዎች ከፍተኛው የውጤት ኃይል እና የኢነርጂ ጥንካሬ አላቸው, እና ከሁሉም በላይ, ከፍተኛ የእድገት እምቅ አቅም አላቸው. በባትሪ መስፈርቶች ላይ በመመስረት ኩባንያዎች እንደ ካቶድ ቁሳቁስ ወደ ተለያዩ የሊቲየም ውህዶች እየዞሩ ነው። እነዚህም ሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ (ኤልሲኦ)፣ ውህዶች ከኒኬል፣ ኮባልት እና አሉሚኒየም (ኤንሲኤ) ወይም ከኒኬል፣ ኮባልት እና ማንጋኒዝ (NCM) ጋር፣ ሊቲየም ብረት ፎስፌት (ኤልኤፍፒ)፣ ሊቲየም ማንጋኒዝ ስፒንል (LMS)፣ ሊቲየም ታይታኒየም ኦክሳይድ (ኤል.ቲ.ኦ.) እና ሌሎችም። ኤሌክትሮላይት የሊቲየም ጨዎችን እና የኦርጋኒክ መሟሟት ድብልቅ ሲሆን በተለይ ለሊቲየም ionዎች "ተንቀሳቃሽነት" በጣም አስፈላጊ ነው, እና ወደ ሊቲየም ionዎች በመተላለፍ አጫጭር ዑደትን ለመከላከል ሃላፊነት ያለው ሴፓሬተር ብዙውን ጊዜ ፖሊ polyethylene ወይም polypropylene ነው.

የውጤት ኃይል ፣ አቅም ፣ ወይም ሁለቱም

የባትሪዎቹ በጣም አስፈላጊ ባህሪዎች የኃይል ጥንካሬ ፣ አስተማማኝነት እና ደህንነት ናቸው ፡፡ በአሁኑ ጊዜ የሚመረቱት ባትሪዎች የእነዚህን ጥራቶች ብዛት የሚሸፍኑ ሲሆን በተጠቀሙባቸው ቁሳቁሶች ላይ በመመርኮዝ ከ 100 እስከ 265 W / kg (እና ከ 400 እስከ 700 W / L የሆነ የኃይል መጠን) አላቸው ፡፡ በዚህ ረገድ በጣም የተሻሉት የኤንሲኤ ባትሪዎች እና በጣም መጥፎዎቹ LFPs ናቸው ፡፡ ሆኖም ፣ ቁሱ የሳንቲሙ አንድ ወገን ነው ፡፡ ሁለቱንም የተወሰነ የኃይል እና የኢነርጂ ጥግግት ለመጨመር የተለያዩ ናኖክስትራክሽነሮች ተጨማሪ ቁሳቁሶችን ለመምጠጥ እና የአዮንን ዥረት ከፍ ያለ ምልከታ ለማቅረብ ያገለግላሉ ፡፡ በተረጋጋ ግቢ ውስጥ “የተከማቹ” ብዛት ያላቸው ions ፣ እና ተጓዳኝነት በፍጥነት ለመሙላት ቅድመ ሁኔታዎች ናቸው ፣ እና ልማት በእነዚህ አቅጣጫዎች ይመራል። በተመሳሳይ ጊዜ የባትሪ ዲዛይን እንደ ድራይቭ ዓይነት የሚፈለገውን የኃይል-ወደ-አቅም ጥምርታ መስጠት አለበት ፡፡ ለምሳሌ ፣ ተሰኪ ዲቃላዎች ለተጨባጩ ምክንያቶች በጣም ከፍ ያለ የኃይል-አቅም ውድር ሊኖራቸው ይገባል። የዛሬዎቹ እድገቶች እንደ ኤሲኤ (LiNiCoAlO2 ከካቶድ እና ግራፋይት አኖድ ጋር) እና NMC 811 (LiNiMnCoO2 ከካቶድ እና ግራፋይት አኖድ ጋር) ባሉት ባትሪዎች ላይ ያተኮሩ ናቸው ፡፡ የቀድሞው (ከሊቲየም ውጭ) ወደ 80% ኒኬል ፣ 15% ኮባልትና 5% አልሙኒየምን ይይዛል እንዲሁም የተወሰነ 200-250 W / ኪግ አላቸው ፣ ይህ ማለት በአንጻራዊ ሁኔታ ውስን የሆነ ኮባል መጠቀምን እና እስከ 1500 ዑደቶች የአገልግሎት ዘመን አላቸው ማለት ነው ፡፡ እንደነዚህ ያሉት ባትሪዎች በቴስላ በኔቫዳ በሚገኘው ጊጋፋክተር ውስጥ ይመረታሉ ፡፡ የታቀደውን ሙሉ አቅም ሲደርስ (እ.ኤ.አ. በ 2020 ወይም 2021 እንደየሁኔታው) 35 ተሽከርካሪዎችን ለማመንጨት የሚያስችል ፋብሪካው 500 GWh ባትሪዎችን ያመርታል ፡፡ ይህ የባትሪዎቹን ዋጋ የበለጠ ይቀንሰዋል።

NMC 811 ባትሪዎች ትንሽ ዝቅተኛ የተወሰነ ኃይል አላቸው (140-200W / ኪግ) ግን ረጅም ዕድሜ አላቸው, 2000 ሙሉ ዑደቶች ይደርሳሉ, እና 80% ኒኬል, 10% ማንጋኒዝ እና 10% ኮባልት ናቸው. በአሁኑ ጊዜ ሁሉም የባትሪ አምራቾች ከእነዚህ ሁለት ዓይነቶች አንዱን ይጠቀማሉ. ብቸኛው ልዩነት የኤልኤፍፒ ባትሪዎችን የሚሰራው የቻይና ኩባንያ BYD ነው. ከነሱ ጋር የተገጠመላቸው መኪኖች ከባድ ናቸው, ግን ኮባልት አያስፈልጋቸውም. የኤንሲኤ ባትሪዎች ለኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና ኤንኤምሲ ለተሰኪ ዲቃላዎች የሚመረጡት በየራሳቸው ጥቅማጥቅሞች በሃይል ጥግግት እና በሃይል ጥግግት ምክንያት ነው። ለምሳሌ የኤሌትሪክ ኢ-ጎልፍ የሃይል/የአቅም ሬሾ 2,8 እና ተሰኪ ሃይብሪድ ጎልፍ ጂቲኢ በ8,5 ጥምርታ ናቸው። ዋጋን በመቀነስ ስም VW ለሁሉም አይነት ባትሪዎች አንድ አይነት ሴሎችን ለመጠቀም አስቧል። እና አንድ ተጨማሪ ነገር - የባትሪው ትልቅ አቅም, ሙሉ የመልቀቂያዎች እና ክፍያዎች ብዛት ይቀንሳል, እና ይሄ የአገልግሎት ህይወቱን ይጨምራል, ስለዚህ - ትልቅ ባትሪ, የተሻለ ይሆናል. ሁለተኛው እንደ ችግር ድቅልቅሎችን ይመለከታል።

የገቢያ አዝማሚያዎች

በአሁኑ ጊዜ ለመጓጓዣ ዓላማዎች የባትሪ ፍላጎት ቀድሞውኑ ከኤሌክትሮኒካዊ ምርቶች ፍላጎት ይበልጣል. እ.ኤ.አ. በ 2020 በአመት 1,5 ሚሊዮን የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች በአለም አቀፍ ደረጃ እንደሚሸጡ ተተነበየ ይህም የባትሪዎችን ዋጋ ለመቀነስ ይረዳል ። እ.ኤ.አ. በ 2010 የሊቲየም-አዮን ሴል 1 ኪሎዋት ዋጋ ወደ 900 ዩሮ ገደማ ነበር, እና አሁን ከ 200 ዩሮ ያነሰ ነው. ከጠቅላላው የባትሪ ዋጋ 25% ለካቶድ ፣ 8% ለአኖድ ፣ መለያየት እና ኤሌክትሮላይት ፣ 16% ለሁሉም ሌሎች የባትሪ ሴሎች እና 35% አጠቃላይ የባትሪ ዲዛይን ነው። በሌላ አነጋገር የሊቲየም-አዮን ሴሎች ለባትሪ ዋጋ 65 በመቶ ያበረክታሉ። Gigafactory 2020 ወደ አገልግሎት ሲገባ ለ1 የተገመተው የቴስላ ዋጋ ለኤንሲኤ ባትሪዎች 300€/kW ሰ ነው እና ዋጋው የተጠናቀቀውን ምርት በተወሰነ አማካኝ ቫት እና ዋስትና ያካትታል። አሁንም በጣም ከፍተኛ ዋጋ, ይህም ከጊዜ ወደ ጊዜ እየቀነሰ ይሄዳል.

ዋነኞቹ የሊቲየም ክምችት በአርጀንቲና ፣ በቦሊቪያ ፣ በቺሊ ፣ በቻይና ፣ በአሜሪካ ፣ በአውስትራሊያ ፣ በካናዳ ፣ በሩሲያ ፣ በኮንጎ እና በሰርቢያ የሚገኙ ሲሆን በአሁኑ ወቅት ቁጥራቸው እጅግ የበዛው ከደረቁ ሐይቆች ነው ፡፡ ከጊዜ ወደ ጊዜ እየጨመረ የሚሄዱት ባትሪዎች ሲከማቹ ከአሮጌ ባትሪዎች እንደገና ጥቅም ላይ የሚውሉ ቁሳቁሶች ገበያ ይጨምርላቸዋል ፡፡ በጣም አስፈላጊው ግን የኮብልት ችግር ነው ፣ ምንም እንኳን በብዛት ቢገኝም የኒኬል እና የመዳብ ምርትን እንደ ምርት የሚመረተው ኮባልት በአፈር ውስጥ ዝቅተኛ ቢሆንም በኮንጎ (እጅግ በጣም ብዙ የመጠባበቂያ ክምችት ባላት) ማዕድን ነው ፣ ግን ሥነ ምግባርን ፣ ሥነ ምግባራዊ እና የአካባቢ ጥበቃን በሚፈታተኑ ሁኔታዎች ውስጥ ፡፡

ሃይ-ቴክ

በቅርብ ጊዜ እንደ ተስፋ የተያዙት ቴክኖሎጂዎች በእውነቱ በመሠረቱ አዲስ አይደሉም ፣ ግን የሊቲየም-አዮን አማራጮች መሆናቸውን ከግምት ውስጥ ማስገባት ይገባል ፡፡ እነዚህ ለምሳሌ ፈሳሽ (ወይም በሊቲየም ፖሊመር ባትሪዎች ውስጥ ጄል) ፈንታ ጠንካራ ኤሌክትሮላይትን የሚጠቀሙ ጠንካራ ሁኔታ ያላቸው ባትሪዎች ናቸው ፡፡ ይህ መፍትሔ የኤሌክትሮጆችን የበለጠ የተረጋጋ ንድፍ ያቀርባል ፣ ይህም በቅደም ተከተል በከፍተኛ ፍሰት ሲከሰስ የእነሱ ታማኝነትን ይጥሳል ፡፡ ከፍተኛ ሙቀት እና ከፍተኛ ጭነት. ይህ የኃይል መሙያ የአሁኑን ፣ የኤሌክትሮድ እፍጋቱን እና አቅሙን ይጨምራል ፡፡ ጠንካራ የባትሪ ባትሪዎች አሁንም በጣም የመጀመሪያ በሆነ የእድገት ደረጃ ላይ ናቸው እና እስከ አስር አጋማሽ አጋማሽ ድረስ የጅምላ ምርትን የመምታት ዕድላቸው ከፍተኛ ነው ፡፡

በአምስተርዳም በ 2017 የ BMW ፈጠራ ቴክኖሎጂ ውድድር ላይ ከተሸለሙት ጅማሬዎች አንዱ የሲሊኮን አኖድ የኃይል ጥንካሬን የሚያሻሽል በባትሪ የሚሠራ ኩባንያ ነበር። መሐንዲሶች ለአኖድ እና ለካቶድ ቁሳቁስ የበለጠ ጥንካሬ እና ጥንካሬ ለመስጠት በተለያዩ ናኖቴክኖሎጅዎች ላይ እየሠሩ ሲሆን አንደኛው መፍትሔ ግራፊንን መጠቀም ነው። እነዚህ በአጉሊ መነጽር የሚታዩት የግራፋይት ንብርብሮች በአንድ የአቶም ውፍረት እና ባለ ስድስት ጎን የአቶሚክ አወቃቀር በጣም ተስፋ ሰጭ ከሆኑት ቁሳቁሶች አንዱ ናቸው። በባትሪ ሴል አምራች ሳምሰንግ ኤስዲአይ የተገነባው “የግራፍ ኳሶች” በካቶድ እና በአኖድ አወቃቀር ውስጥ የተዋሃደ የቁሳቁስ ከፍተኛ ጥንካሬ ፣ የመቋቋም ችሎታ እና ጥግግት እና ተጓዳኝ የአቅም መጨመር ወደ 45% ገደማ እና አምስት እጥፍ ፈጣን የኃይል መሙያ ጊዜን ይሰጣል። እነዚህ ቴክኖሎጂዎች ከ Formula E መኪኖች በጣም ጠንካራውን ግፊት ሊቀበል ይችላል ፣ እንደዚህ ያሉ ባትሪዎች የተገጠሙበት የመጀመሪያው ሊሆን ይችላል።

ተጫዋቾች በዚህ ደረጃ

እንደ ደረጃ 123 እና ደረጃ 2020 አቅራቢዎች ማለትም ሴል እና ባትሪ አምራቾች ዋናዎቹ ተጫዋቾች ጃፓን (ፓናሶኒክ ፣ ሶኒ ፣ ጂ ኤስ ዩሳሳ እና ሂታቺ ተሽከርካሪ ኢነርጂ) ፣ ኮሪያ (ኤልጂ ኬም ፣ ሳምሰንግ ፣ ኮካም እና ኤስኬ ፈጠራ) ፣ ቻይና (BYD ኩባንያ) ናቸው ። . , ATL እና Lishen) እና ዩኤስኤ (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel እና Valence Technology). የሞባይል ስልኮች ዋና አቅራቢዎች በአሁኑ ጊዜ ኤልጂ ኬም ፣ ፓናሶኒክ ፣ ሳምሰንግ ኤስዲአይ (ኮሪያ) ፣ AESC (ጃፓን) ፣ ባይዲ (ቻይና) እና ካቲኤል (ቻይና) ሲሆኑ የሁለት ሶስተኛውን የገበያ ድርሻ አላቸው። በዚህ ደረጃ በአውሮፓ ቢኤምዜድ ቡድን ከጀርመን እና ከስዊድን ኖርዝቮልት ብቻ ይቃወማሉ። እ.ኤ.አ. በ XNUMX የቴስላ ጂጋፋክተሪ ሲጀመር ፣ ይህ መጠን ይለወጣል - የአሜሪካው ኩባንያ XNUMX% የሊቲየም-ion ሴሎችን ምርት ይይዛል። እንደ ዳይምለር እና ቢኤምደብሊው ያሉ ኩባንያዎች በአውሮፓ ውስጥ አንድ ተክል እየገነባ ካለው እንደ CATL ካሉ ከእነዚህ ኩባንያዎች ጋር ውል ተፈራርመዋል።