Úvod do klasifikace a výhod a nevýhod automobilových baterií

Automobilové výkonové baterie jsou základními součástmi elektrických vozidel. Baterie různých technických tras se významně liší v výkonnostním, nákladech a platných scénářích. Následuje analýza hlavních klasifikací a jejich výhod a nevýhod.

1. lithium-iontové baterie (technologie hlavního proudu)

Lithium-iontové výkonové baterie, označované jako lithiové baterie, jsou baterie, které používají lithium kovové nebo lithiové slitiny jako negativní elektrodové materiály a nevolné elektrolytové roztoky.

1. Ternární lithiové baterie (NCM/NCA)
Katodové materiály: Oxidy niklu (NI), kobalt (CO), manganu (MN) nebo hliníku (AL).

Výhody:

Vysoká hustota energie (200-300 wh/kg) a dlouhý pohon;

Dobrý výkon s nízkou teplotou (může stále udržovat vysokou kapacitu na -20 stupeň);

Silná schopnost rychlého nabíjení.

Nevýhody:

Vysoké náklady (závisí na vzácných kovech, jako je kobalt a nikl);

Špatná tepelná stabilita (snadno tepelný útěk, vyžadující komplexní ochranu BMS);

Krátký život cyklu (asi 1000-2000 časy).

Aplikace: High-end osobní automobily (jako je Tesla a Nio).

2. baterie lithiadového fosfátu (LFP)
Katodový materiál: lithiový železný fosfát.

Výhody:

Vysoká bezpečnost (dobrá stabilita s vysokou teplotou, není snadné explodovat);

Dlouhý cyklus život (3000-5000 Times);

Nízké náklady (žádná závislost na zdrojích kobaltu a niklu).

Nevýhody:

Nízká hustota energie (150-200 wh/kg);

Špatná výkonnost nízké teploty (-10 stupeň kapacity výrazně klesá);

Platforma s nízkým napětím, více buněk musí být připojeno v sérii.

Aplikace: Nízkopodniková elektrická vozidla, užitková vozidla (jako jsou baterie BYD Blade).

3. jiné lithium-iontové baterie
Oxid lithium kobalt (LCO): vysoká hustota energie, ale vysoká náklady a špatná bezpečnost, většinou používaná ve spotřební elektronice.

Oxid lithium manganové (LMO): nízké náklady, dobrá bezpečnost, ale krátký život, používaný v hybridních modelech.

2. Hydridová baterie nikl-kov (přechodná technologie)

Hydridová baterie niklu je sekundární baterie, kterou lze opakovaně nabít a vypouštět. Je to nový typ zelené baterie vyvinuté v 90. letech, která nahrazuje tradiční nikl-kadmiové baterie.

Výhody:

Vysoká bezpečnost (odolnost proti přesunu/vypouštění);

Dobrý výkon nízké teploty (k dispozici při -30 stupňů);

Ochrana životního prostředí (žádné znečištění těžkých kovů).

Nevýhody:

Nízká hustota energie (60-120 wh/kg);

Vysoká míra sebeobrany (asi 30% měsíčně);

Vysoké náklady (obsahující vzácné kovy).

Aplikace: Hybridní vozidla (jako je Toyota Prius), železniční tranzit, záložní baterie, inteligentní domy.

3. olověná baterie (postupně eliminována)

Klasifikace: Běžné baterie olova-kyseliny, AGM (vylepšená).

Výhody:

Extrémně nízké náklady (zralá technologie);

Dobrý výkon vypouštění s vysokou mírou (vhodný pro výchozí napájecí zdroj).

Nevýhody:

Extrémně nízká hustota energie (30-50 wh/kg);

Život krátký cyklus (300-500 časy);

Těžké znečištění (obsahuje kyselinu olova a kyseliny sírové).

Aplikace: Nízkorychlostní elektrická vozidla, baterie pro startování palivového vozidla.

4. baterie pevných států (budoucí technologie)
Baterie s pevným státem lze chápat jako baterie pomocí pevných elektrolytů. Baterie s pevným státem jsou nehořlavé, nevyrábějí tekuté elektrolyty a jsou nekorozní. Proto jsou účinným způsobem řešení problémů s bezpečnosti baterií.

Technické funkce: Nahraďte kapalné elektrolyty pevnými elektrolyty.

Výhody:

Vysoká teoretická hustota energie (400+ wh/kg);

Značně zlepšená bezpečnost (bez úniku, nehořlatelný);

Dlouhý cyklus život (až 10, 000 časy).

Nevýhody:

Extrémně vysoké náklady (komplexní výrobní proces);

Problémy s impedancí pro rozhraní, které mají být vyřešeny;

Ještě není komercializován ve velkém měřítku.

Pokrok: Očekává se, že Toyota, CATL a další společnosti budou do roku 2030 hromadné produkce.

5. Baterie sodíku (vznikající technologie)

Výhody:
Bohaté suroviny (široké zdroje sodíku);

Vynikající nízkoteplotní výkon (80% kapacita při -40 stupně);

Nízké náklady (o 30% nižší než fosfát železa lithia).

Nevýhody:

Nízká hustota energie (100-160 wh/kg);

Je třeba zlepšit životnost cyklu (v současné době asi 2, 000 časy).

Aplikace: Skladování energie, nízkorychlostní elektrická vozidla (CATL vydala produkty).

6. Palivový článek (energie vodíku)
Palivový článek je zařízení pro výrobu energie, které přímo přeměňuje vodík a kyslík s vysokou čistotou na elektrickou energii prostřednictvím chemických reakcí.

Princip: Vytvářejte elektřinu prostřednictvím reakce na vodík a kyslík a produktem je voda.

Výhody:

Extrémně vysoká hustota energie (skladování vodíku je desetinásobné skladování lithiových baterií);

Rychlá hydrogenace (3-5 minuty);

Nulové emise.

Nevýhody:

Vysoké náklady (platinový katalyzátor, technologie skladování vodíku);

Nedostatek infrastruktury (několik hydrogenačních stanic);

Produkce vodíku se spoléhá na fosilní energii.

Aplikace: užitková vozidla, těžká nákladní vozidla (jako je Toyota Mirai).

Souhrnná porovnávací tabulka

Trendy a výzvy
Krátkodobý: Koexistoval fosfát železa lithia (redukce nákladů) a ternární lithium (dlouhá výdrž baterie);

Střednědobé: iontové baterie sodíku doplňují trh s nízkým koncem a baterie v pevném stavu jsou postupně komercializovány;

Dlouhodobé: Hodnovové palivové články se mohou stát hlavní silou těžkých nákladních vozidel/letectví, ale spoléhají na zralost průmyslového řetězce zeleného vodíku.