Cargbọ ala eletriki ụnyaahụ, taa, echi: akụkụ 3

Okwu a bụ "batrị lithium-ion" na-ezochi teknụzụ dị iche iche.

Otu ihe doro anya - ọ bụrụhaala na lithium-ion electrochemistry na-agbanwe agbanwe na nke a. Ọ nweghị teknụzụ nchekwa ike electrochemical ọzọ nwere ike ịsọ mpi lithium-ion. Otú ọ dị, isi ihe bụ na e nwere atụmatụ dị iche iche na-eji ihe dị iche iche maka cathode, anode na electrolyte, nke ọ bụla n'ime ha nwere uru dị iche iche n'ihe banyere ịdịte aka (ọnụọgụ nke ụgwọ na mwepu cycles ruo ikike fọdụrụnụ ikike maka ụgbọ ala eletrik. nke 80%), kpọmkwem ike kWh/kg, ọnụ ahịa euro/kg ma ọ bụ ike ka ike ruru.

Laghachi na oge

Ohere nke na-ebu electrochemical Filiks na a na-akpọ. Mkpụrụ ndụ lithium-ion na-abịa site na nkewa nke protons lithium na electrons site na njikọ lithium na cathode n'oge ịchaji. Atọm lithium na-enye otu n'ime elektrọn atọ ya ngwa ngwa, mana n'ihi otu ihe ahụ ọ na-arụ ọrụ nke ukwuu na a ga-ekewapụ ya na ikuku na mmiri. Na isi iyi voltaji, ndị electrons na-amalite ịkwaga na sekit ha, a na-eduzi ions na carbon-lithium anode na, na-agafe akpụkpọ ahụ, jikọọ ya. N'oge a na-apụ apụ, ntụgharị ntụgharị na-eme - ions na-alaghachi na cathode, na electrons, n'aka nke ya, na-agafe na ibu eletrik dị n'èzí. Agbanyeghị, nchaji dị elu nke dị ugbu a na mwepu zuru oke na-ebute nrụpụta njikọ ọhụrụ na-adịgide adịgide, nke na-ebelata ma ọ bụ ọbụna kwụsị ọrụ batrị. Echiche dị n'azụ iji lithium dị ka onye na-enye onyinye sitere na eziokwu ahụ bụ na ọ bụ ọla kachasị mfe ma nwee ike ịhapụ protons na electrons n'okpuru ọnọdụ kwesịrị ekwesị. Otú ọ dị, ndị ọkà mmụta sayensị na-ahapụ ngwa ngwa iji lithium dị ọcha n'ihi nnukwu mgbanwe ya, ike ya na ikuku na-ejikọta ya, na maka ihe nchebe.

Ejiri batrị lithium-ion mbụ na 1970 site Michael Whittingham, onye jiri lithium na titanium sulfide dị ọcha dị ka electrodes. Ejighizi electrochemistry a, mana n'ezie na-atọ ntọala maka batrị lithium-ion. N’afọ ndị 1970, Samar Basu gosipụtara ikike ịnabata ion lithium site na graphite, mana maka ahụmịhe nke oge ahụ, batrị na-ebibi onwe ya ngwa ngwa mgbe ebuchara ya ma kwụpụta ya. Na 1980s, mmepe kpụ ọkụ n'ọnụ malitere ịchọta ogige lithium kwesịrị ekwesị maka cathode na anode nke batrị, na ezigbo ọganiihu bịara na 1991.

NCA, NCM Lithium sel ... gini ka nka putara?

Mgbe ha nwesịrị nnwale na ogige lithium dị iche iche na 1991, mbọ nke ndị ọkà mmụta sayensị nwetara ihe ịga nke ọma - Sony malitere nrụpụta ọtụtụ batrị lithium-ion. Ka ọ dị ugbu a, batrị nke ụdị a nwere ikike mmepụta kachasị elu na ike ike, na nke kachasị mkpa, ikike dị ịrịba ama maka mmepe. Dabere na ihe batrị chọrọ, ụlọ ọrụ na-atụgharị gaa na ogige lithium dị iche iche dị ka ihe cathode. Ndị a bụ lithium cobalt oxide (LCO), ogige nwere nickel, cobalt na aluminum (NCA) ma ọ bụ na nickel, cobalt na manganese (NCM), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese spinel (LMS), lithium titanium oxide (LTO) na ndị ọzọ. The electrolyte bụ ngwakọta nke lithium salts na organic solvents na ọ dị mkpa karịsịa maka "njegharị" nke lithium ion, na separator, nke na-ahụ maka igbochi mkpụmkpụ sekit site na permeable na lithium ion, na-abụkarị polyethylene ma ọ bụ polypropylene.

Mmepụta ike, ikike, ma ọ bụ abụọ

Ihe njirimara kachasị mkpa batrị bụ njupụta ike, ntụkwasị obi na nchekwa. Batrị ndị e mepụtara ugbu a na-ekpuchi ọtụtụ àgwà ndị a na, dabere na ihe eji eme ihe, nwere ike dị iche iche nke 100 ruo 265 W / kg (yana ike njupụta nke 400 ruo 700 W / L). Ihe kachasị mma na nke a bụ batrị NCA na LFP kachasị njọ. Otú ọ dị, ihe onwunwe bụ otu akụkụ nke mkpụrụ ego ahụ. Iji mee ka ikike na ume ike dị elu, a na-eji ntanetị dị iche iche na-adọrọ ihe ndị ọzọ ma nyekwuo mmetụ nke iyi ion. Ọnụ ọgụgụ dị ukwuu nke ion, "echekwara" na ngwongwo anụ, na njikwa ihe chọrọ bụ ihe achọrọ maka ngwa ngwa ngwa ngwa, na mmepe na-eduzi n'akụkụ ndị a. N'otu oge ahụ, nrụpụta batrị ga-enye ike achọrọ maka ikike ruru ya dabere na ụdị mbanye. Dịka ọmụmaatụ, ngwakọ ngwakọ ga-enwerịrị oke ikike ike iji nweta ihe kpatara ya. Ihe ndị mere taa na-elekwasị anya na batrị dịka NCA (LiNiCoAlO2 nwere cathode na graphite anode) yana NMC 811 (LiNiMnCoO2 nwere cathode na graphite anode). Nke mbu nwere (na mpụga lithium) banyere 80% nickel, 15% cobalt na 5% aluminom ma nwee ike a kapịrị ọnụ nke 200-250 W / kg, nke pụtara na ha nwere obere oke ojiji nke cobalt dị oke egwu na ndụ ọrụ nke ihe ruru 1500 gburugburu. Batrị ndị a ga - arụ ọrụ ya na 'Gigafactory' na Nevada. Mgbe o ruru ikike zuru ezu ezube ya (na 2020 ma ọ bụ 2021, dị ka ọ nwere ike ịbụ), osisi ahụ ga-ewepụta batrị 35 GWh, nke ga-ezu ike iji ụgbọala 500. Nke a ga - eme ka ọnụ ahịa batrị belata.

Batrị NMC 811 nwere obere ike dị ntakịrị ala (140-200W / kg) mana nwee ogologo ndụ, na-eru 2000 okirikiri zuru oke, yana 80% nickel, 10% manganese na 10% cobalt. Ugbu a, ndị niile na-emepụta batrị na-eji otu n'ime ụdị abụọ a. Nanị ihe dị iche bụ ụlọ ọrụ China BYD, nke na-eme batrị LFP. Ụgbọ ala ndị e ji ha rụọ dị arọ karị, mana ha adịghị mkpa cobalt. A na-ahọrọ batrị NCA maka ụgbọ ala eletrik na NMC maka ngwakọ plug-in n'ihi uru dị iche iche n'ihe gbasara ike ike na ike ike. Ọmụmaatụ bụ e-Golf eletrik nwere oke ike/ikike nke 2,8 yana ngwakọ Golf GTE nke nwere oke 8,5. N'aha nke iwetu ọnụ ahịa, VW na-ezube iji otu sel maka ụdị batrị niile. Na otu ihe ọzọ - ibu ikike nke batrị ahụ, na-ebelata ọnụ ọgụgụ nke nkwụsị zuru ezu na ụgwọ, na nke a na-eme ka ndụ ọrụ ya dịkwuo elu, ya mere - ka batrị buru ibu, ka mma. Nke abụọ na-eche banyere ngwakọ dị ka nsogbu.

Ọnọdụ ahịa

Ka ọ dị ugbu a, ọchịchọ maka batrị maka ebumnuche njem agafeelarị ihe achọrọ maka ngwaahịa eletrọnịkị. A ka na-atụ anya na a ga-ere ụgbọ ala eletrik 2020 nde kwa afọ n'ụwa niile site na 1,5, nke ga-enyere aka belata ọnụ ahịa batrị. N'afọ 2010, ọnụ ahịa 1 kWh nke cell lithium-ion dị ihe dị ka euro 900, ma ugbu a ọ na-erughị 200 euro. 25% nke ọnụ ahịa batrị dum bụ maka cathode, 8% maka anode, separator na electrolyte, 16% maka sel batrị ndị ọzọ yana 35% maka nhazi batrị dum. N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, mkpụrụ ndụ lithium-ion na-atụnye pasent 65 na ọnụ ahịa batrị. Ọnụ ahịa Tesla echere maka 2020 mgbe Gigafactory 1 na-abanye ọrụ dị ihe dịka 300 € / kWh maka batrị NCA na ọnụahịa ahụ gụnyere ngwaahịa emechara na ụfọdụ VAT na akwụkwọ ikike. N'agbanyeghị ọnụ ahịa dị elu, nke ga-anọgide na-agbada n'oge.

A chọtara isi ihe lithium na Argentina, Bolivia, Chile, China, USA, Australia, Canada, Russia, Congo na Serbia, ebe imirikiti ndị a na-egwupụta ugbu a site na ọdọ mmiri ndị akpọnwụwo. Ka batrị na-ebuwanye ibu, ahịa maka ihe ndị eji batrị ochie ga-abawanye. Otú ọ dị, ihe ka mkpa bụ nsogbu cobalt, nke, ọ bụ ezie na ọ dị n'ọtụtụ buru ibu, a na-egwupụta ya dị ka ihe na-emepụta na nickel na ọla kọpa. A na-egwupụta Cobalt, n'agbanyeghị na ọ dị ala ala, na Congo (nke nwere ikike kachasị dị na ya), mana n'ọnọdụ ndị na-agbagha ụkpụrụ omume, omume na nchekwa gburugburu ebe obibi.

Ndewo teknụzụ

Ekwesiri iburu n'uche na teknụzụ ndị a kwadoro dị ka atụmanya maka ọdịnihu dị nso abụghị ihe ọhụrụ, mana ha bụ nhọrọ lithium-ion. Ndị a bụ, dịka ọmụmaatụ, batrị siri ike, nke na-eji electrolyte siri ike kama mmiri mmiri (ma ọ bụ gel na lithium polymer batrị). Ihe ngwọta a na-enye usoro nhazi nke electrodes, nke na-emebi iguzosi ike n'ezi ihe ha mgbe ebubo ebubo dị elu ugbu a, n'otu n'otu. elu okpomọkụ na nnukwu ibu. Nke a nwere ike dịkwuo odori ugbu a, electrode njupụta na capacitance. Batrị steeti siri ike ka na-etolite etolite etolite ma o yighị ka ọ ga-akụpụta mmepụta ihe ruo etiti afọ iri.

Otu mmalite mmalite mmeri na asọmpi teknụzụ BMW Innovation 2017 na Amsterdam bụ ụlọ ọrụ nwere batrị nke silicon anode na-abawanye njupụta ike. Ndị injinia na -arụ ọrụ na nanotechnologies dị iche iche iji nye njupụta na ike dị ukwuu maka ihe anode na cathode, na otu azịza bụ iji graphene. Igwe ihe onyonyo a na -ahụ anya nke nwere ọkpụrụkpụ nke atọm na usoro atọm nke nwere akụkụ isii bụ otu n'ime ihe na -ekwe nkwa. “Bọọlụ graphene” nke onye nrụpụta sel batrị Samsung SDI mepụtara, agbakwunyere na cathode na usoro anode, na -enye ike dị elu, ike na ịdị arọ nke ihe ahụ yana mmụba kwekọrọ n'ike nke ihe dị ka 45% na oge chaja ngwa ngwa ugboro ise. nwere ike nweta mkpali siri ike site n'ụgbọ ala Formula E, nke nwere ike bụrụ nke mbụ ga -ebunye ụdị batrị a.

Ndị na-egwu egwu n'oge a

Ndị isi egwuregwu dị ka ndị na-eweta Tier 123 na Tier 2020, ya bụ, ndị na-emepụta cell na batrị, bụ Japan (Panasonic, Sony, GS Yuasa na Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam na SK Innovation), China (BYD Company) . , ATL na Lishen) na USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel na Valence Technology). Ndị na-ebubata ekwentị ugbu a bụ LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Japan), BYD (China) na CATL (China), bụ ndị nwere oke ahịa nke ụzọ abụọ n'ụzọ atọ. N'oge a na Europe, BMZ Group si Germany na Northvolth si Sweden na-emegide ha. Site na mmalite nke Tesla's Gigafactory na XNUMX, oke a ga-agbanwe - ụlọ ọrụ America ga-aza XNUMX% nke mmepụta ụwa nke mkpụrụ ndụ lithium-ion. Ụlọ ọrụ dị ka Daimler na BMW abanyelarị n'akwụkwọ nkwekọrịta na ụfọdụ ụlọ ọrụ ndị a, dị ka CATL, nke na-ewu ụlọ na Europe.