المستقبل في الأعلى، كيف تغير بطارية الليثيوم أيون المستقبل؟

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pembekal Stesen Janakuasa Mudah Alih

خلال العقود القليلة الماضية، ستشهد المركبات الكهربائية تطويرًا واسع النطاق. وبحسب توقعات الوكالة الدولية للطاقة، فإنه بحلول عام 2030، سيرتفع ضمان المركبات الكهربائية عالميا من 3.7 مليون في عام 2017 إلى 130 مليون، وسيصل حجم المبيعات السنوية إلى 2.5 مليار دولار.

1.5 مليون. وفي هذا السيناريو، سترتفع سعة البطارية الجديدة السنوية من 68 جيجاوات W11 في عام 2017 إلى 775 جيجاوات، وسيتم استخدام 84% منها في السيارات الخفيفة.

بلغت نسبة الطلب من بلدي والاتحاد الأوروبي والهند والولايات المتحدة 50% و18% و12% و7% على التوالي. على مدى العقدين الماضيين، مع الحجم الكبير لنطاق الإنتاج، تحسنت تكنولوجيا بطارية الليثيوم أيون للبطارية الرئيسية للسيارة الكهربائية بشكل كبير، وانخفض السعر بشكل حاد، بحيث يبدأ أداء التكلفة للسيارات الكهربائية بسيارة الوقود. عوامل الدفع الرئيسية منذ عام 1990، تم استخدام بطارية الليثيوم أيون على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية وتخزين الطاقة (المنزلية والمرافق) وصناعة المحركات الكهربائية.

مع حجم مقياس الإنتاج، تحسن أداؤه بشكل كبير، وانخفض سعره بشكل كبير. مستقبل. المواد الكيميائية.

يتأثر أداء البطارية بمواد الاستقطاب. تتكون مادة الكاثود بشكل وثيق من الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC)، وأكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت والليثيوم (NCA)، وأكسيد المنغنيز والليثيوم (LMO) وفوسفات الحديد الليثيوم (LFP)؛ تستخدم معظم مواد الأنود الجرافيت، والسيارات الثقيلة في المركبات الثقيلة، وتيتانات الليثيوم (LTO). تتميز تكنولوجيا NMC وNCA بكثافة الطاقة العالية، وهي تهيمن على سوق البطاريات الخفيفة؛ كثافة الطاقة في LFP منخفضة، ولكنها استفادت من عمر دورة أعلى وأداء أمان، وهي رغبة في استخدامها من قبل المركبات الكهربائية الثقيلة (أي سيارات الركاب) المواد الكيميائية.

المواد الكيميائية لها تأثير كبير على تكاليف البطاريات، باستخدام مواد كيميائية مختلفة، وفجوة الأسعار بينهما يمكن أن تصل إلى 20%. سعة البطارية وحجمها. تختلف سعة بطارية السيارة الكهربائية بشكل كبير، حيث تبلغ سعة بطارية ثلاث سيارات كهربائية صغيرة في بلدي 18.

3 ~ 23 كيلووات ساعة؛ سعة بطارية السيارات المتوسطة الحجم في أوروبا وأمريكا الشمالية هي 23 ~ 60 كيلووات ساعة؛ سعة بطارية السيارات الكبيرة هي 75 ~ 100 كيلووات ساعة. كلما زادت سعة البطارية، كلما انخفضت التكلفة. وتشير التقديرات إلى أن تكلفة طاقة وحدة بطارية صينية بقدرة 70 كيلو وات أقل بنسبة 25% من تكلفة طاقة وحدة بطارية بقدرة 30 كيلو وات.

مقياس التصنيع. إن معالجة Zhang Da للمقياس لتحقيق اقتصاد الحجم هو عامل مهم آخر. في الوقت الحاضر، يبلغ نطاق الإنتاج النموذجي حوالي 0.

5 ~ 8 جيجاوات / سنة، معظم الناتج حوالي 3 جيجاوات / سنة. وفقًا للسعة النموذجية التي تتراوح من 20 إلى 75 كيلووات ساعة، يتم حساب السيارة الكهربائية الفردية، ويعادل إنتاج مصنع واحد تصنيع 6000-400000 مجموعة بطارية سنويًا. في الوقت الحاضر، تقوم ألمانيا والولايات المتحدة وبلدي والهند وأماكن أخرى ببناء مجموعة جديدة من مصانع إنتاج البطاريات الأكبر حجماً، بما في ذلك Super Factory عندما تصل طاقة Tesla إلى 35 جيجاوات سنوياً.

سرعة الشحن. تستطيع التكنولوجيا الحالية شحن 80% في 40 إلى 60 دقيقة. وقد أضاف هذا النداء تعقيدًا إلى تصميم البطارية، مثل تقليل سمك القطب، مما سيضيف تكاليف للبطارية؛ ويقلل من كثافة طاقة البطارية، وبالتالي تقصير عمر البطارية.

أفاد بيان تحلل صادر عن وزارة الطاقة الأمريكية أن تغيير تصميم البطارية لاستيعاب 400 كيلووات من الشحن سيزيد من تكلفة تكاليف البطاريات. إن الاتجاه الرئيسي للثورة المادية سوف يعتمد على تحلل وكالة الطاقة الدولية، وسوف تظل بطارية الليثيوم أيون مهيمنة خلال عشرين عامًا، ولكن المواد الكيميائية المكونة لها سوف تتغير تدريجيًا. قبل عام 2025، سيكون هناك جيل جديد من بطاريات أيون الليثيوم التي تحتوي على نسبة منخفضة من الكوبالت وكثافة طاقة عالية وكاثود الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت (NMC) 811، إلخ.

سوف تدخل الإنتاج الضخم. في أنود الجرافيت، تتم إضافة كمية صغيرة من السيليكون، ويمكن زيادة كثافة الطاقة بنسبة 50%، في حين أن ملح الإلكتروليت الذي يمكنه تحمل الجهد العالي سيساعد أيضًا في تحسين الأداء. خلال الفترة من 2025 إلى 2030، قد يدخل معدن الليثيوم، وهو مادة مركبة من الجرافيت / السيليكون للكاثود، وبطارية أيون الليثيوم، مرحلة التصميم، ويمكنها حتى إدخال إلكتروليتات صلبة لتحسين كثافة الطاقة وسلامة البطارية بشكل أكبر.

بالإضافة إلى ذلك، من الممكن استبدال تقنية أيون الليثيوم بكثافات طاقة أخرى وتكاليف نظرية أقل باستخدام هواء الليثيوم، وكبريت الليثيوم، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن مستوى تطوير هذه التقنيات لا يزال منخفضا للغاية، ولا يزال الأداء الفعلي قيد التحقيق. أشارت مقالة نشرت في مجلة Nature Journal بتاريخ 26 يوليو 2018، وهي مقالة بعنوان "عشر سنوات متبقية لإعادة تصميم بطاريات الليثيوم أيون"، إلى أن تطور أداء وسعر بطاريات الليثيوم أيون بطيء.

تتضمن المشكلة المذكورة أعلاه ما يلي: في البنية البلورية لمادة القطب الكهربائي، فإن كمية الشحنة التي يمكن تخزينها تقترب بسرعة من الحد الأقصى النظري؛ ومن الصعب أن يستمر ارتفاع السوق في إحداث انخفاض كبير في الأسعار. والأسوأ من ذلك أن المواد التي تدخل في صناعة الأقطاب الكهربائية، مثل الكوبالت والنيكل، نادرة للغاية، وأسعارها باهظة. إذا لم يكن هناك تغيير جديد، فمن المتوقع أن يكون في عام 2030 ~ 2037 (أو قبل ذلك)، الطلب على الكوبالت والنيكل.

تجاوز العائد. ومن ناحية أخرى، لا تزال مواد الأقطاب الكهربائية البديلة الجديدة، مثل الحديد والنحاس والنحاس الأصفر، في مرحلة بحثية مبكرة. وتدعو المقالة علماء المواد والمهندسين ووكالات التمويل إلى زيادة الأبحاث حول مواد الأقطاب الكهربائية القائمة على الحديد والنحاس وغيرها من المواد مثل الاحتياطيات.

وإلا فإن التطوير واسع النطاق للسيارات الكهربائية سوف يكون مقيدًا. الاقتصاد الاقتصادي 掂 掂 影响 因 紧 因 因 因 因: 因::: 程: 程: 里 行 里 里 里 里 里 (程 (里 行 里 (里، 里،里، 里 (里، 里،. من حيث أسعار البطاريات، هناك بطارية 70-35 كيلو واط ساعة / سنة، وسعة البطارية 70 ~ 80 كيلو واط ساعة / سنة، وتكلفة سعة البطارية 70 ~ 80 كيلو واط ساعة، ويمكن خفض تكلفة 2030 إلى 100 ~ 122 دولار أمريكي / كيلو واط ساعة، مع الاتحاد الأوروبي (93 دولارًا أمريكيًا / كيلو واط)، وبلدي (116 دولارًا أمريكيًا / كيلو واط) وتكلفة تكلفة اليابان (92 دولارًا أمريكيًا / كيلو واط) قريبة جدًا.

الفجوة بين تكلفة المركبات الكهربائية وقطارات الوقود ستنخفض تدريجيا، لكن سعر البطارية والبنزين يتجاوز حجم جسم السيارة. على سبيل المثال، سعر البطارية يساوي 400 دولار/كيلوواط ساعة، والسيارات الكهربائية تنافسية للغاية، والمركبات التي تعمل بالوقود ستكون أكثر اقتصادا. إذا كان سعر بطاريات السيارات الكهربائية منخفضًا، والبنزين مرتفع السعر، والمسافة المقطوعة يوميًا مرتفعة، فاختر سيارة كهربائية صغيرة أو سيارة هجينة تعمل بالكهرباء بدلاً من سيارات الوقود الصغيرة الأكثر اقتصادا.

على سبيل المثال، إذا كان سعر البطارية 120 دولارًا/كيلووات ساعة، فإن سعر البنزين أعلى مما هو عليه اليوم، ثم ستكون السيارة الكهربائية البحتة خيارًا أكثر اقتصادا بغض النظر عن المسافة المقطوعة على المدى الطويل. إذا كان سعر البطارية يساوي 260 دولاراً/كيلوواط ساعة، والمسافة المقطوعة أكثر من 35 ألف كيلومتر/سنة، ويصل سعر النفط إلى 1.5 دولار/لتر، فهو خيار أكثر اقتصادا.

بالنسبة للحافلات الكهربائية الكبيرة، إذا كان سعر البطارية أقل من 260 دولارًا أمريكيًا / كيلووات ساعة، فإن الحافلة الكهربائية من 4 إلى 50 ألف كيلومتر / سنة تكون قادرة على المنافسة من حيث التكلفة في المنطقة ذات نظام الضرائب المرتفعة على الديزل.