סוללת ליתיום: איך להניע את העתיד

Mawallafi: Iflowpower - પોર્ટેબલ પાવર સ્ટેશન સપ્લાયર

בעשורים האחרונים, כלי רכב חשמליים יזכו להתפתחות בקנה מידה גדול. לפי תחזית IEA, עד 2030, הערבות העולמית לרכב חשמלי תעלה מ-3.7 מיליון ב-2017 ל-130 מיליון, והיקף המכירות השנתי יגיע ל-2.

1.5 מיליון. בתרחיש זה, קיבולת הסוללה החדשה השנתית תעלה מ-68 GW W11 ב-2017 ל-775 GW, מתוכם 84% ישמשו במכוניות קלות.

המדינה שלי, האיחוד האירופי, הודו, ארה"ב הביקוש היווה 50%, 18%, 12% ו-7% בהתאמה. במהלך שני העשורים האחרונים, עם גודל קנה המידה של הייצור, השתפרה מאוד טכנולוגיית הליתיום-יון של מצבר הרכב החשמלי המוביל, המחיר ירד בחדות, כך שביצועי העלות של כלי רכב חשמליים מתחילים במכונית הדלק. גורמי כונן מרכזיים מאז 1990, סוללת הליתיום-יון נמצאת בשימוש נרחב בתעשיית האלקטרוניקה לצרכן, אחסון אנרגיה (משק בית, שירותים) ותעשיית המנועים החשמליים.

עם גודל סולם הייצור, הביצועים שלו השתפרו מאוד, המחיר הוא ירידה משמעותית. עָתִידִי. חומרים כימיים.

ביצועי הסוללה מושפעים מחומרי קיטוב. חומרים קתודיים חשובים כוללים קובלט ליתיום ניקל מנגן (NMC), תחמוצת ליתיום ניקל-קובלט אלומיניום (NCA), תחמוצת ליתיום מנגן (LMO) ופוספט ליתיום ברזל (LFP); רוב חומר האנודה משתמש בגרפיט, מכוניות כבדות חיים במחזור, ליתיום טיטנאט (LTO). היתרון החשוב של טכנולוגיית NMC ו-NCA הוא צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, השולט בשוק הסוללות הקלות; צפיפות האנרגיה של LFP נמוכה, אך היא נהנתה מחיי מחזור וביצועים בטיחותיים גבוהים יותר, זוהי חשיבות חשובה של כלי רכב חשמליים כבדים (כלומר מכוניות נוסעים) חומר כימי.

לחומרים כימיים יש השפעה רבה על עלויות הסוללה, תוך שימוש בחומרים כימיים שונים, ופער המחירים שלהם יכול להגיע ל-20%. קיבולת וגודל הסוללה. קיבולת המצבר לרכב חשמלי שונה מאוד, קיבולת הסוללה של שלושה כלי רכב חשמליים קטנים במדינה שלי היא 18.

3 ~ 23 קילוואט; אירופה וצפון אמריקה קיבולת סוללת רכב בגודל בינוני היא 23 ~ 60 קילו-וואט; קיבולת סוללה של מכוניות גדולות ב-75 ~ 100 קילוואט. ככל שקיבולת הסוללה גדולה יותר, כך העלות נמוכה יותר. ההערכה היא שעלות האנרגיה של יחידת סוללת סין של 70 קילוואט נמוכה ב-25% מ-30 קילוואט.

קנה מידה לעיבוד שבבי. סולם עיבוד Zhang Da כדי לממש את הכלכלה בקנה מידה הוא גורם חשוב נוסף. נכון לעכשיו, טווח ייצור טיפוסי הוא בערך 0.

5 ~ 8 JW לשנה, רוב התפוקה היא בערך 3 GW לשנה. לפי הקיבולת האופיינית של 20 ~ 75 קילו-וואט, הרכב החשמלי היחיד מחושב, והתפוקה של מפעל בודד שווה ערך לעיבוד של 6000-400,000 חבילות סוללות בשנה. נכון לעכשיו, גרמניה, ארצות הברית, המדינה שלי, הודו ומקומות אחרים בנויים לאחרונה אצווה של מפעלי סוללות גדולים יותר, כולל Super Factory כאשר שנת טסלה מגיעה ל-35 GW.

מהירות טעינה. הטכנולוגיה הנוכחית יכולה לטעון 80% תוך 40 ~ 60 דקות. פנייה זו הוסיפה את המורכבות של עיצוב הסוללה, כגון הפחתת עובי האלקטרודה, מה שיוסיף את עלויות הסוללה; להפחית את צפיפות האנרגיה של הסוללה, ובכך לקצר את חיי הסוללה.

הצהרת פירוק של משרד האנרגיה האמריקני שינתה את עיצוב הסוללה כך שיתאים לטעינה של 400 קילוואט, תגדיל את עלויות הסוללה. המגמה העיקרית של מהפכת החומר תתבסס על פירוק IEA, וסוללת הליתיום-יון עדיין תשלוט בתוך עשרים שנה, אך החומרים הכימיים שלה ישתנו בהדרגה. לפני 2025, דור חדש של סוללות ליתיום יון בעלות קובלט נמוך, צפיפות אנרגיה גבוהה וקתודה ליתיום ניקל מנגן קובלט (NMC) 811 וכו&39;.

ייכנס לייצור המוני. באנודת הגרפיט מוסיפים כמות קטנה של סיליקון וניתן להגדיל את צפיפות האנרגיה ב-50%, כאשר גם מלח האלקטרוליט שיכול לעמוד במתח גבוה יותר יעזור לשפר את הביצועים. במהלך התקופה 2025 עד 2030, מתכת ליתיום היא חומר קתודה, גרפיט/סיליקון מרוכב לאנודה, סוללת הליתיום יון, עשויה להיכנס לשלב התכנון, ואף יכולה להכניס אלקטרוליטים מוצקים כדי לשפר עוד יותר את צפיפות האנרגיה ובטיחות הסוללה.

בנוסף, טכנולוגיית ליתיום יוני עשויה להיות מוחלפת בצפיפויות אנרגיה אחרות ובעלויות תיאורטיות נמוכות יותר עם אוויר ליתיום, ליתיום גופרית וכו&39;. עם זאת, רמת הפיתוח של טכנולוגיות אלה עדיין נמוכה מאוד, והביצועים בפועל עדיין נבדקים. המאמר שפורסם ב-Nature Journal מ-26 ביולי 2018, מאמר שכותרתו "TenyearsleftToredesignlithium-Ionbatter" הצביע על כך שההתפתחות של הביצועים והמחיר של סוללת הליתיום-יון היא איטית.

חשוב שהבעיות הנ"ל יכללו: במבנה הגבישי של חומר האלקטרודה, כמות המטען שניתן לאחסן תהיה קרובה למקסימום התיאורטי; גודל השוק קשה להמשיך להביא להורדת מחירים גדולה. גרוע מכך, חומר האלקטרודה, כגון קובלט וניקל, הוא דל מאוד, ואם לא יהיה שינוי חדש, הוא צפוי להיות ב-2030 ~ 2037 (או קודם לכן), הביקוש לקובלט וניקל עולה על התשואה. מצד שני, חומרי אלקטרודה חלופיים חדשים, כמו ברזל, נחושת, נחושת, עדיין נמצאים בשלב מחקר מוקדם.

המאמר קורא למדעני חומרים, מהנדסים וסוכנויות מימון להגביר את המחקר על חומרי אלקטרודה המבוססים על ברזל, נחושת וחומרים אחרים כגון רזרבות. אחרת, הפיתוח בקנה מידה גדול של כלי רכב חשמליים יוגבל. הגורמים החשובים המשפיעים על העלות של כלי רכב חשמליים ורכבי דלק כוללים: מחיר המצבר, גודל המרכב (המשפיע על צריכת הדלק וגודל המצבר לרכב חשמלי), מחירי הדלק והקילומטראז&39; משנה לשנה.

מבחינת מחיר הסוללה, יש סוללה של 7.5 עד 80 קילוואט לשנה, קיבולת הסוללה היא 70 ~ 80 קילוואט, ועלות קיבולת הסוללה היא 70-80 קילוואט, ואת העלות של 2030 ניתן להוזיל ל-100 ~ 122 דולר ארה"ב / קילוואט, עם האיחוד האירופי (93 דולר / קילוואט עלות המדינה של 11 דולר) והעלות של המדינה שלי של יפן. ($92 / קילוואט) קרוב מאוד. הפער בין עלות הרכבים החשמליים לרכבות הדלק יקטן בהדרגה, אך מחיר המצבר והבנזין עולה על גודל הגוף.

לדוגמה, מחיר הסוללה שווה ל-400 $ לקוט"ש, מכוניות חשמליות הן תחרותיות מאוד, ורכבי דלק יהיו חסכוניים יותר. אם המחיר של מצברים לרכב חשמלי נמוך, לבנזין יש מחיר גבוה, כאשר הקילומטראז&39; גבוה, בחרו במכונית חשמלית קטנה או במכונית היברידית פלאג-אין מאשר במכונית דלק קטנה חסכונית יותר. לדוגמה, מחיר הסוללה הוא 120$ לקוט"ש, מחיר הבנזין גבוה מהיום, ואז המכונית החשמלית הטהורה תהיה בחירה חסכונית יותר ללא קשר לקילומטראז&39; לטווח ארוך.

אם מחיר הסוללה שווה ל-$260 לקוט"ש, הקילומטראז&39; הוא יותר מ-35,000 קילומטרים לשנה, מחיר הנפט מגיע ל-1.5$ לליטר, זו בחירה חסכונית יותר. עבור אוטובוסים חשמליים גדולים, אם מחיר הסוללה נמוך מ-260 דולר ארה"ב/קוט"ש, אוטובוסים חשמליים בטווחים של 4 עד 50,000 ק"מ בשנה הם תחרותיים בעלות באזורים עם מערכות מס דיזל גבוהות.