Краткий обзор текущих и перспективных аккумуляторных технологий

Основной причиной того, что электромобили не полностью взяли на себя транспортную нагрузку, является технологический уровень их высоковольтных аккумуляторов. Несмотря на то, что за последнее десятилетие в этой области были достигнуты огромные успехи, энергоемкость батарей и близко не соответствует энергоемкости жидкого топлива. Святым Граалем автомобильных исследований является батарея со значительно более высокой плотностью энергии, чем то, что доступно в настоящее время. Поэтому мы решили сделать обзор текущих и перспективных аккумуляторных технологий, чтобы Вы были в курсе.

Технологии, используемые в настоящее время

Литий-ион — NCM и NCA катоды

Литий-ионные аккумуляторы появились примерно 30 лет назад, когда Sony представила их в коммерческом устройстве — видеокамере Sony CCD-TR1. Как работает литий-ионный аккумулятор? Если кратко, ионы лития перемещаются от анода к катоду туда и обратно(узнать больше). Во время разряда анод отправляет ионы лития на катод. Ионы лития проходят через жидкие электролиты, а электроны проходят через внешнюю цепь и рекомбинируют на катоде элемента. Во время зарядки происходит обратное.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы высокого напряжения типа NCM и NCA используются почти исключительно в электромобилях. N означает никель, C означает кобальт, M означает марганец и A означает алюминий. В зависимости от процентного содержания этих материалов в катоде батареи достигаются различные характеристики. Например, элемент NCM 712 означает, что он состоит из 70% никеля, 10% кобальта и 20% марганца. В целом, чем выше процентное содержание никеля в батарее, тем выше плотность энергии, которую батарея может обеспечить, что оказывает существенное влияние на вес и размеры аккумуляторной батареи.

Из-за нехватки кобальта в земной коре и сомнительной этики его добычи, производители аккумуляторов стараются использовать химические вещества с меньшим процентным содержанием материала или полностью исключить его. Комбинация катода с высоким содержанием никеля, компоновки ячейки и кремния в аноде может довести его плотность энергии до 325 Втч/кг. Можно сказать, что этот тип батареи близок к своему технологическому пределу.

Литий-ион — LFP катод

Другой альтернативой катода литий-ионных аккумуляторов является использование литий-железо-фосфата. Хотя производительность этого типа батареи обычно ниже, чем у батареи типа NMC, некоторые производители предпочитают ее из-за длительного срока службы и более дешевых и распространенных материалов. Удельная плотность энергии здесь ниже из-за двух основных факторов.

Во-первых, потому что максимальное напряжение ниже, а это значит, что при той же емкости получаем меньше кВтч, а во-вторых, потому что ионы лития движутся в одном пространственном измерении (вместо двух в батареях NMC). Тот факт, что ионы лития перемещаются только в одном пространственном измерении, означает, что максимальная мощность разряда батареи также ниже, поэтому этот тип батареи не считается подходящим для высокопроизводительных приложений.

Это причина, по которой Tesla использует эти элементы только для базовой версии Model 3. Однако у этого типа батареи есть два основных преимущества. Его долговечность считается выше, чем у других типов литий-ионных аккумуляторов, и он не только не вызывает проблем при зарядке до 100%, но и является настоятельной рекомендацией для этих аккумуляторов.

Возможные технологии будущего

Литий — Воздушные

Литий-воздушные батареи в настоящее время являются технологическим проектом и находятся в стадии исследований, но этот тип батарей представляется наиболее перспективным из всех и обладает удельной энергоемкостью, аналогичной жидкому топливу со значением в 11,4 кВтч/кг. Литий находится в аноде, а воздух в катоде, и эти два вещества разделены электролитом. Во время разряда ионы лития от анода перемещаются к катоду, где присутствует воздух, и реагируют с кислородом.

К сожалению, высокие температуры во время зарядки препятствуют быстрой перезарядке батареи, а образование дендритов во время процесса значительно сокращает срок службы батареи, ограничивая ее использование в настоящее время в лабораторных условиях. Если технологические проблемы будут преодолены, а стоимость будет разумной, то автомобили с ДВС устареют в одночасье.

Твердотельные батареи

Считаются Святым Граалем автомобильных аккумуляторов, и в настоящее время все гиганты автомобильной промышленности проводят обширные исследования. В современных обычных литий-ионных батареях используются жидкие электролиты и сепаратор для отделения анода от катода. В твердотельной батарее жидкий электролит и сепаратор заменены твердым электролитом.

Сейчас исследуются различные кандидаты на роль твердого электролита, начиная от металлических и керамических материалов. В настоящее время нет электромобиля с аккумулятором такого типа, однако тенденция позволяет говорить, что в ближайшие 2-3 года появятся первые серийные автомобили. Ожидается, что удельная плотность энергии этой батареи будет вдвое выше, чем у обычной литий-ионной батареи с жидким электролитом, и ресурс на 1000 циклов, но со временем эти прогнозы могут измениться в лучшую сторону.

• Об авторе
• Недавние публикации

aKa Ka3aK

Идейный вдохновитель и морально-физический содержатель данного портала. "Болен" электрическим транспортом и активно его изучаю.
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.

aKa Ka3aK недавно публиковал (посмотреть все)

• Международная выставка персонального электротранспорта«ЕДрайв 2024» — техника будущего - 23 января, 2024
• Крупнейшая выставка китайских автомобилей пройдет в Москве - 14 октября, 2023
• Genesis GV60 — электромобиль с высокоэффективным и обширным распознаванием лиц - 15 июня, 2023

Похожие новости

• Никель Цинковые (Ni Zn) аккумуляторы
• Химия литиевых аккумуляторов формата 18650: отличия, преимущества и недостатки
• Почему срок службы батареи электромобиля вопрос сложный?
• Перепаковываем аккумулятор Nissan Leaf с 24 кВт*ч на 44 кВт*ч
• Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы