آینده بالاست، باتری های لیتیوم یون چگونه آینده را تغییر می دهند؟

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Fournisseur de centrales électriques portables

در چند دهه گذشته، وسایل نقلیه الکتریکی در مقیاس بزرگ توسعه یافته است. طبق پیش بینی آژانس بین المللی انرژی، تا سال 2030، گارانتی جهانی خودروهای برقی از 3.7 میلیون در سال 2017 به 130 میلیون افزایش می یابد و حجم فروش سالانه به 2 می رسد.

1.5 میلیون در این سناریو، ظرفیت باتری جدید سالانه از 68 گیگاوات W11 در سال 2017 به 775 گیگاوات افزایش می یابد که 84 درصد آن در خودروهای سبک استفاده می شود.

تقاضای کشور من، اتحادیه اروپا، هند، ایالات متحده به ترتیب 50، 18، 12 و 7 درصد است. طی دو دهه گذشته، با اندازه بزرگ مقیاس تولید، فناوری باتری لیتیوم یون باتری اصلی خودروی الکتریکی بسیار بهبود یافته است، قیمت به شدت کاهش یافته است، به طوری که عملکرد هزینه وسایل نقلیه الکتریکی با خودروی سوخت آغاز می شود. عوامل کلیدی محرک از سال 1990، باتری لیتیوم یون به طور گسترده ای در لوازم الکترونیکی مصرفی، ذخیره انرژی (خانگی، آب و برق) و صنعت موتور الکتریکی استفاده شده است.

با اندازه مقیاس تولید، عملکرد آن تا حد زیادی بهبود یافته است، قیمت کاهش قابل توجهی است. آینده مواد شیمیایی.

عملکرد باتری تحت تأثیر مواد پلاریزاسیون قرار می گیرد. مواد کاتد کاملاً شامل لیتیوم نیکل منگنز کبالت (NMC)، لیتیوم نیکل کبالت اکسید آلومینیوم (NCA)، اکسید لیتیوم منگنز (LMO) و لیتیوم آهن فسفات (LFP) است. بیشتر مواد آند از گرافیت استفاده می کند، ماشین های سنگین در وسایل نقلیه سنگین عمر گردشی، لیتیوم تیتانات (LTO). فن آوری NMC و NCA است که چگالی انرژی بالاتر است، تحت سلطه بازار باتری سبک است. چگالی انرژی LFP کم است، اما از عمر چرخه بالاتر و عملکرد ایمنی بهره مند شده است، تمایل به استفاده توسط وسایل نقلیه الکتریکی سنگین (یعنی اتومبیل های سواری) مواد شیمیایی است.

مواد شیمیایی با استفاده از مواد شیمیایی مختلف تاثیر زیادی بر هزینه باتری دارند و فاصله قیمتی آنها به 20 درصد می رسد. ظرفیت و اندازه باتری. ظرفیت باتری خودروهای الکتریکی بسیار متفاوت است، ظرفیت باتری سه خودروی الکتریکی کوچک در کشور من 18 است.

3 ~ 23 کیلووات ساعت؛ ظرفیت باتری خودروهای سایز متوسط ​​اروپا و آمریکای شمالی 23 تا 60 کیلووات ساعت است. ظرفیت باتری ماشین های بزرگ 75 تا 100 کیلووات ساعت. هرچه ظرفیت باتری بیشتر باشد، هزینه کمتری دارد. تخمین زده می شود که هزینه انرژی واحد باتری چینی 70 کیلوواتی 25 درصد کمتر از 30 کیلو وات است.

مقیاس ماشینکاری. ژانگ دا مقیاس پردازش برای تحقق بخشیدن به اقتصاد مقیاس یکی دیگر از عوامل مهم است. در حال حاضر، محدوده تولید معمولی حدود 0 است.

5 ~ 8 JW / سال، بیشتر خروجی حدود 3 گیگاوات در سال است. با توجه به ظرفیت معمولی 20 تا 75 کیلووات ساعت، یک وسیله نقلیه الکتریکی تک محاسبه می شود و خروجی یک واحد واحد معادل ماشینکاری 6000-400000 بسته باتری در سال است. در حال حاضر، آلمان، ایالات متحده، کشور من، هند و جاهای دیگر به تازگی مجموعه‌ای از کارخانه‌های باتری‌سازی بزرگ‌تر را ساخته‌اند، از جمله Super Factory که سال تسلا به 35 گیگاوات می‌رسد.

سرعت شارژ. فناوری فعلی می تواند 80٪ را در 40 تا 60 دقیقه شارژ کند. این جذابیت پیچیدگی طراحی باتری مانند کاهش ضخامت الکترود را اضافه کرده است که هزینه باتری را افزایش می دهد. چگالی انرژی باتری را کاهش می دهد و در نتیجه عمر باتری را کوتاه می کند.

بیانیه تجزیه وزارت انرژی ایالات متحده، طراحی باتری را به گونه ای تغییر داد که 400 کیلووات شارژ را در خود جای دهد، هزینه های باتری را افزایش می دهد. روند اصلی انقلاب مواد مبتنی بر تجزیه IEA خواهد بود، و باتری لیتیوم یونی همچنان در عرض بیست سال تسلط خواهد داشت، اما مواد شیمیایی آن به تدریج تغییر خواهند کرد. قبل از سال 2025، نسل جدیدی از باتری‌های لیتیوم یونی که دارای کبالت کم، چگالی انرژی بالا و کاتد لیتیوم نیکل منگنز کبالت (NMC) 811 و غیره هستند.

وارد تولید انبوه خواهد شد. در آند گرافیت، مقدار کمی سیلیکون اضافه می شود و چگالی انرژی را می توان تا 50٪ افزایش داد، در حالی که نمک الکترولیت که می تواند ولتاژ بالاتر را تحمل کند نیز به بهبود عملکرد کمک می کند. در طول دوره 2025 تا 2030، فلز لیتیوم یک ماده کاتد، گرافیت/سیلیکون کامپوزیت برای آند، باتری لیتیوم یونی است، ممکن است وارد فاز طراحی شود و حتی می تواند الکترولیت های جامد را برای بهبود بیشتر چگالی انرژی و ایمنی باتری معرفی کند.

علاوه بر این، فناوری یون لیتیوم ممکن است با چگالی انرژی دیگر و هزینه های نظری کمتر با هوای لیتیوم، گوگرد لیتیوم و غیره جایگزین شود. با این حال، سطح توسعه این فناوری ها هنوز بسیار پایین است و عملکرد واقعی هنوز مورد بررسی قرار می گیرد. مقاله ای با عنوان "TenyearsleftToredesignlithium-Ion Batteries" در مجله Nature در 26 ژوئیه 2018 منتشر شد که به این نکته اشاره کرد که تکامل عملکرد و قیمت باتری لیتیوم یون کند است.

در نتیجه تنگی مشکل فوق شامل موارد زیر است: در ساختار کریستالی مواد الکترود، مقدار باری که می‌توان ذخیره کرد به سرعت به حداکثر تئوری نزدیک می‌شود. افزایش در بازار دشوار است برای ادامه کاهش قیمت بزرگ است. بدتر از آن، مواد الکترود، مانند کبالت و نیکل، بسیار کمیاب است و قیمت آن گران است. اگر تغییر جدیدی وجود نداشته باشد، انتظار می رود در سال 2030 تا 2037 (یا قبل از آن)، تقاضای کبالت و نیکل باشد.

بازدهی بیش از حد از سوی دیگر، مواد جایگزین جدید الکترود، مانند آهن، مس، مس، هنوز در مرحله تحقیقات اولیه هستند. این مقاله از دانشمندان مواد، مهندسان و آژانس‌های تامین مالی می‌خواهد تا تحقیقات بر روی مواد الکترود مبتنی بر آهن، مس و سایر مواد مانند ذخایر را افزایش دهند.

در غیر این صورت، توسعه گسترده خودروهای الکتریکی محدود خواهد شد. اقتصادی里، 里 (里، 里،. از نظر قیمت باتری، باتری 70-35 کیلووات ساعت در سال وجود دارد، ظرفیت باتری 70 ~ 80 کیلووات ساعت در سال و هزینه ظرفیت باتری 70 ~ 80 کیلووات ساعت است، و هزینه سال 2030 را می توان به 100 ~ 122 دلار آمریکا / کیلووات ساعت (6 دلار آمریکا / کیلو وات ساعت) کاهش داد. و هزینه هزینه ژاپن (92 دلار / کیلووات) بسیار نزدیک است.

فاصله بین هزینه وسایل نقلیه الکتریکی و قطارهای سوخت به تدریج کاهش می یابد، اما قیمت باتری و بنزین از اندازه بدنه بیشتر می شود. به عنوان مثال، قیمت باتری برابر با 400 دلار در کیلووات ساعت است، خودروهای الکتریکی بسیار رقابتی هستند و خودروهای سوختی اقتصادی تر خواهند بود. اگر قیمت باتری ماشین های برقی پایین است، بنزین قیمت بالایی دارد و مسافت پیموده شده روزانه زیاد است، یک ماشین الکتریکی کوچک یا ماشین هیبریدی پلاگین را نسبت به ماشین های سوختی کوچک اقتصادی تر انتخاب کنید.

به عنوان مثال، قیمت باتری 120 دلار / کیلووات ساعت است، قیمت بنزین بالاتر از امروز است، پس خودروی الکتریکی خالص بدون در نظر گرفتن مسافت پیموده شده طولانی مدت، انتخاب مقرون به صرفه تری خواهد بود. اگر قیمت باتری برابر با 260 دلار / کیلووات ساعت باشد، مسافت پیموده شده بیش از 35000 کیلومتر در سال باشد، قیمت روغن به 1.5 دلار در لیتر برسد، انتخاب اقتصادی تری است.

برای اتوبوس های برقی بزرگ، اگر قیمت باتری کمتر از 260 دلار آمریکا در کیلووات ساعت باشد، اتوبوس برقی از 4 تا 50000 کیلومتر در سال در منطقه با سیستم مالیات دیزل بالا قابل رقابت است.