อนาคตอยู่ข้างบน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเปลี่ยนอนาคตอย่างไร?

著者：Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา รถยนต์ไฟฟ้าจะมีการพัฒนาอย่างกว้างขวาง ตามการคาดการณ์ของ IEA ภายในปี 2030 การรับประกันรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นจาก 3.7 ล้านคันในปี 2017 เป็น 130 ล้านคัน และปริมาณการขายประจำปีจะสูงถึง 2 ล้านคัน

1.5 ล้าน. ในสถานการณ์นี้ ความจุแบตเตอรี่ใหม่รายปีจะเพิ่มขึ้นจาก 68 GW W11 ในปี 2017 เป็น 775 GW ซึ่ง 84% จะใช้ในรถยนต์ขนาดเบา

ประเทศของฉัน สหภาพยุโรป อินเดีย และสหรัฐอเมริกา ความต้องการคิดเป็น 50%, 18%, 12% และ 7% ตามลำดับ ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยขนาดการผลิตที่ใหญ่ เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าหลักจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ราคาก็ลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนของรถยนต์ไฟฟ้าเริ่มต้นจากรถยนต์พลังงานเชื้อเพลิง ปัจจัยขับเคลื่อนหลัก ตั้งแต่ปี 1990 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค การกักเก็บพลังงาน (ครัวเรือน สาธารณูปโภค) และอุตสาหกรรมมอเตอร์ไฟฟ้า

เมื่อขนาดของขนาดการผลิตเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก ราคาก็ลดลงอย่างมาก อนาคต. สารเคมี

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้รับผลกระทบจากวัสดุโพลาไรเซชัน วัสดุแคโทดประกอบด้วยลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ (NMC), ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อลูมิเนียมออกไซด์ (NCA), ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO) และลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) อย่างแน่นหนา วัสดุแอโนดส่วนใหญ่ใช้กราไฟต์ รถบรรทุกหนักในยานพาหนะหนัก อายุการใช้งานของการหมุนเวียน ลิเธียมไททาเนต (LTO) เทคโนโลยี NMC และ NCA คือเทคโนโลยีที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า ครองตลาดแบตเตอรี่น้ำหนักเบา ความหนาแน่นของพลังงานของ LFP ต่ำ แต่ได้รับประโยชน์จากอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย ซึ่งเป็นที่ต้องการในการใช้โดยยานพาหนะไฟฟ้าขนาดหนัก (เช่น รถยนต์นั่งส่วนบุคคล) วัสดุเคมี

สารเคมีมีผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนแบตเตอรี่ โดยใช้สารเคมีที่แตกต่างกัน และราคาของสารเคมีแต่ละชนิดอาจต่างกันถึง 20% ความจุและขนาดของแบตเตอรี่ ความจุแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้ามีความแตกต่างกันมาก ความจุแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็ก 3 คันในประเทศของฉันคือ 18

3 ~ 23 kWh; ความจุแบตเตอรี่ยานยนต์ขนาดกลางในยุโรปและอเมริกาเหนืออยู่ที่ 23 ~ 60 kWh; ความจุแบตเตอรี่รถยนต์ขนาดใหญ่อยู่ที่ 75 ~ 100 kWh ยิ่งความจุแบตเตอรี่มากขึ้น ค่าใช้จ่ายก็ยิ่งลดลง คาดว่าต้นทุนพลังงานแบตเตอรี่จีนขนาด 70 กิโลวัตต์ต่ำกว่าขนาด 30 กิโลวัตต์ถึง 25%

เครื่องชั่งเครื่องจักร มาตราส่วนการประมวลผลของ Zhang Da ที่จะตระหนักถึงการประหยัดตามขนาดเป็นอีกปัจจัยที่สำคัญ ในปัจจุบันช่วงการผลิตโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0

5 ~ 8 JW / ปี ส่วนใหญ่ผลผลิตอยู่ที่ประมาณ 3 GW / ปี เมื่อพิจารณาจากกำลังการผลิตทั่วไปที่ 20 ~ 75 กิโลวัตต์ชั่วโมง รถยนต์ไฟฟ้าหนึ่งคันจะถูกคำนวณออกมา และผลผลิตของโรงงานหนึ่งแห่งจะเทียบเท่ากับการผลิตชุดแบตเตอรี่ 6,000-400,000 ชุดต่อปี ในปัจจุบัน เยอรมนี สหรัฐอเมริกา ประเทศของฉัน อินเดีย และสถานที่อื่นๆ กำลังสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้นใหม่ รวมถึง Super Factory เมื่อปี Tesla กำลังการผลิตถึง 35 กิกะวัตต์

ความเร็วในการชาร์จ เทคโนโลยีในปัจจุบันสามารถชาร์จได้ 80% ในเวลา 40 ~ 60 นาที การอุทธรณ์นี้ทำให้การออกแบบแบตเตอรี่มีความซับซ้อนมากขึ้น เช่น การลดความหนาของอิเล็กโทรด ซึ่งจะทำให้ต้นทุนแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ลดความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ ส่งผลให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานสั้นลง

คำชี้แจงการสลายตัวของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกาได้เปลี่ยนแปลงการออกแบบแบตเตอรี่ให้รองรับการชาร์จ 400 กิโลวัตต์ซึ่งจะทำให้ต้นทุนแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น แนวโน้มหลักของการปฏิวัติทางวัสดุจะมีพื้นฐานมาจากการสลายตัวของ IEA และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะยังคงครองตลาดในอีกยี่สิบปีข้างหน้า แต่วัสดุทางเคมีของมันจะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไป ก่อนปี 2025 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นใหม่ที่มีโคบอลต์ต่ำ ความหนาแน่นพลังงานสูง และลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ (NMC) 811 เป็นต้น

จะเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก ในแอโนดกราไฟต์จะมีการเติมซิลิกอนจำนวนเล็กน้อยลงไป โดยสามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ 50% ในขณะที่เกลืออิเล็กโทรไลต์ที่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้ก็จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยเช่นกัน ในช่วงปี 2025 ถึง 2030 ลิเธียมเมทัลเป็นแคโทด วัสดุคอมโพสิตกราไฟท์/ซิลิกอนสำหรับแอโนด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบ และสามารถนำอิเล็กโทรไลต์ของแข็งมาใช้เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ต่อไปได้อีกด้วย

นอกจากนี้ เทคโนโลยีลิเธียมไอออนอาจถูกแทนที่ด้วยความหนาแน่นของพลังงานอื่น และมีต้นทุนทางทฤษฎีที่ต่ำกว่าด้วยลิเธียมอากาศ ลิเธียมซัลเฟอร์ และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ระดับการพัฒนาของเทคโนโลยีเหล่านี้ยังคงอยู่ในระดับต่ำมาก และประสิทธิภาพจริงก็ยังต้องทดสอบอยู่ บทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Journal ฉบับวันที่ 26 กรกฎาคม 2018 เรื่อง "TenyearsleftToredesignlithium-Ionbatteries" ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาประสิทธิภาพและราคาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนดำเนินไปอย่างเชื่องช้า

ความแน่นจึงทำให้เกิดปัญหาดังกล่าวข้างต้น ได้แก่ ในโครงสร้างผลึกของวัสดุอิเล็กโทรด ปริมาณประจุที่สามารถเก็บได้จะเข้าใกล้ค่าสูงสุดตามทฤษฎีได้อย่างรวดเร็ว การเพิ่มขึ้นในตลาดนั้นยากที่จะทำให้ราคาลดลงอย่างมากต่อไป สิ่งที่เลวร้ายกว่านั้นคือวัสดุอิเล็กโทรด เช่น โคบอลต์ และนิกเกิล มีน้อยมาก และมีราคาแพง หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงใหม่ คาดว่าจะเป็นช่วงปี 2030 ~ 2037 (หรือเร็วกว่านั้น) ความต้องการโคบอลต์และนิกเกิล

ผลผลิตเกินกำหนด ในทางกลับกัน วัสดุอิเล็กโทรดทางเลือกใหม่ เช่น เหล็ก ทองแดง ทองแดง ยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นของการวิจัย บทความนี้เรียกร้องให้นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ วิศวกร และหน่วยงานให้ทุนเพิ่มการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้เหล็ก ทองแดง และวัสดุอื่นๆ เช่น วัสดุสำรอง

มิฉะนั้น การพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าขนาดใหญ่จะถูกจำกัด เศรษฐกิจ 掂 掂 影响 因 紧 因 因 因 因 因: 因::: 程: 程: 里 行 里 里 里 里 里 (程 (里 行 里 (里, 里,里, 里 (里, 里,. ในด้านราคาแบตเตอรี่มีแบตเตอรี่ขนาด 70-35 kWh / ปี ความจุแบตเตอรี่อยู่ที่ 70 ~ 80 kWh / ปีและต้นทุนของความจุแบตเตอรี่อยู่ที่ 70 ~ 80 kWh และราคาในปี 2030 อาจลดลงเหลือ 100 ~ 122 เหรียญสหรัฐ / kWh โดยที่สหภาพยุโรป (93 เหรียญสหรัฐ / kW) ประเทศของฉัน (116 เหรียญสหรัฐ / kW) และต้นทุนของญี่ปุ่น (92 เหรียญสหรัฐ / kW) นั้นใกล้เคียงกันมาก

ช่องว่างระหว่างต้นทุนของรถยนต์ไฟฟ้าและระบบส่งเชื้อเพลิงจะลดลงเรื่อยๆ แต่ราคาแบตเตอรี่และน้ำมันจะเกินขนาดตัวรถ ตัวอย่างเช่นราคาแบตเตอรี่เท่ากับ 400 เหรียญสหรัฐฯ/kWh รถยนต์ไฟฟ้ามีการแข่งขันสูงมาก และรถยนต์ที่ใช้น้ำมันจะประหยัดมากกว่า หากราคาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าต่ำ ราคาเบนซินสูง และระยะทางวิ่งต่อวันสูง ควรเลือกรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กหรือรถยนต์ไฮบริดแบบปลั๊กอินมากกว่ารถยนต์เชื้อเพลิงขนาดเล็กที่ประหยัดกว่า

ตัวอย่างเช่น ราคาแบตเตอรี่อยู่ที่ 120 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ราคาน้ำมันเบนซินสูงกว่าในปัจจุบัน รถยนต์ไฟฟ้าล้วนจึงเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่า โดยไม่คำนึงถึงระยะทางระยะยาว หากราคาแบตเตอรี่เท่ากับ 260 เหรียญสหรัฐฯ/kWh ระยะทางมากกว่า 35,000 กิโลเมตร/ปี ราคาน้ำมันแตะ 1.5 เหรียญสหรัฐฯ/ลิตร ถือเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่า

สำหรับรถบัสไฟฟ้าขนาดใหญ่ หากราคาแบตเตอรี่ต่ำกว่า 260 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง รถบัสไฟฟ้าระยะทาง 4 ถึง 50,000 กิโลเมตรต่อปี ถือว่ามีต้นทุนที่สามารถแข่งขันได้ในภูมิภาคที่มีระบบภาษีน้ำมันดีเซลสูง