Introduksjon til klassifisering og fordeler og ulemper med bilbatterier

Bilkraftbatterier er kjernekomponentene i elektriske kjøretøyer. Batterier med forskjellige tekniske ruter varierer betydelig i ytelse, kostnader og gjeldende scenarier. Følgende er en analyse av hovedklassifiseringene og deres fordeler og ulemper.

1. Litium-ion-batterier (mainstream-teknologi)

Litium-ion-kraftbatterier, referert til som litiumbatterier, er batterier som bruker litiummetall eller litiumlegering som negative elektrode materialer og ikke-vandige elektrolyttløsninger.

1. ternære litiumbatterier (NCM/NCA)
Katodematerialer: oksider av nikkel (Ni), kobolt (CO), mangan (MN) eller aluminium (AL).

Fordeler:

Høy energitetthet (200-300 wh/kg) og lang kjøreområde;

God ytelse med lav temperatur (kan fremdeles opprettholde høy kapasitet ved -20 grad);

Sterk hurtig ladingsevne.

Ulemper:

Høye kostnader (avhenger av knappe metaller som kobolt og nikkel);

Dårlig termisk stabilitet (lett til termisk løp, som krever kompleks BMS -beskyttelse);

Kort syklusliv (omtrent 1000-2000 ganger).

Søknad: High-end personbiler (som Tesla og NIO).

2. Litiumjerns fosfatbatteri (LFP)
Katodemateriale: litiumjernfosfat.

Fordeler:

Høy sikkerhet (god høy temperaturstabilitet, ikke lett å eksplodere);

Lang syklusliv (3000-5000 ganger);

Lave kostnader (ingen avhengighet av kobolt- og nikkelressurser).

Ulemper:

Lav energitetthet (150-200 wh/kg);

Dårlig ytelse med lav temperatur (-10 grad kapasiteten synker betydelig);

Lavspenningsplattform, flere celler må kobles til i serie.

Bruksområde: Lav ende elektriske kjøretøyer, kommersielle kjøretøyer (for eksempel BYD-bladbatterier).

3. andre litium-ion-batterier
Litium koboltoksyd (LCO): høy energitetthet, men høye kostnader og dårlig sikkerhet, mest brukt i forbrukerelektronikk.

Litium manganoksid (LMO): Lave kostnader, god sikkerhet, men kort levetid, brukt i hybridmodeller.

2.

Nikkel-metallhydridbatteri er et sekundært batteri som kan lades og tømmes gjentatte ganger. Det er en ny type grønt batteri utviklet på 1990-tallet for å erstatte tradisjonelle nikkel-kadmiumbatterier.

Fordeler:

Høy sikkerhet (overladning/utladningsmotstand);

God ytelse med lav temperatur (tilgjengelig ved -30 grad);

Miljøvern (ingen tungmetallforurensning).

Ulemper:

Lav energitetthet (60-120 wh/kg);

Høy selvutladningsrate (ca. 30% per måned);

Høye kostnader (som inneholder sjeldne metaller).

Bruksområder: Hybridbiler (som Toyota Prius), jernbanetransport, backup -batterier, smarte hjem.

3. Bly-syre-batteri (gradvis eliminert)

Klassifisering: vanlig bly-syre-batteri, AGM (forbedret).

Fordeler:

Ekstremt lave kostnader (moden teknologi);

God høyhastighetsutladningsytelse (egnet for startstrømforsyning).

Ulemper:

Ekstremt lav energitetthet (30-50 wh/kg);

Kort syklusliv (300-500 ganger);

Alvorlig forurensning (inneholder bly og svovelsyre).

Påføring: Lavhastighets elektriske kjøretøyer, startbatterier med drivstoffkjøretøy.

4.
Solid-state-batterier kan forstås som batterier ved bruk av solide elektrolytter. Solid-state-batterier er ikke-brennbare, produserer ikke flytende elektrolytter og er ikke-korrrosive. Derfor er de en effektiv måte å løse batterisikkerhetsproblemer på.

Tekniske funksjoner: Bytt ut flytende elektrolytter med faste elektrolytter.

Fordeler:

Høy teoretisk energitetthet (400+ wh/kg);

Kraftig forbedret sikkerhet (ingen lekkasje, ikke-brennbar);

Lang syklusliv (opptil 10, 000 ganger).

Ulemper:

Ekstremt høye kostnader (kompleks produksjonsprosess);

Grensesnittimpedansproblemer som skal løses;

Ennå ikke kommersialisert i stor skala.

Fremgang: Toyota, CATL og andre selskaper forventes å masseprodusere innen 2030.

5. Natrium-ion-batteri (Emerging Technology)

Fordeler:
Rike råvarer (brede natriumressurser);

Utmerket ytelse med lav temperatur (80% kapasitet ved -40 grad);

Lave kostnader (30% lavere enn litiumjernfosfat).

Ulemper:

Lav energitetthet (100-160 wh/kg);

Cycle Life må forbedres (for tiden 2, 000 ganger).

Bruksområder: Energilagring, elektriske kjøretøy med lav hastighet (CATL har gitt ut produkter).

6. brenselcelle (hydrogenenergi)
Drivstoffcellen er en kraftproduksjonsenhet som direkte konverterer hydrogen og oksygen med høy renhet til elektrisk energi gjennom kjemiske reaksjoner.

Prinsipp: Generer elektrisitet gjennom hydrogen-oksygenreaksjon, og produktet er vann.

Fordeler:

Ekstremt høy energitetthet (hydrogenlagring er 10 ganger den for litiumbatterier);

Rask hydrogenering (3-5 minutter);

Null utslipp.

Ulemper:

Høye kostnader (Platinum Catalyst, Hydrogen Storage Technology);

Mangel på infrastruktur (få hydrogeneringsstasjoner);

Hydrogenproduksjon er avhengig av fossil energi.

Søknad: Kommersielle kjøretøyer, tunge lastebiler (som Toyota Mirai).

Sammendrag av sammenligningstabell

Trender og utfordringer
Kortsiktig: Litiumjernfosfat (kostnadsreduksjon) og ternært litium (lang batterilevetid) sameksisterer;

Middels sikt: natriumionbatterier supplerer det lave enden, og solid-state-batterier blir gradvis kommersialisert;

Langsiktig: Hydrogenbrenselceller kan bli hovedkraften til tunge lastebiler/luftfart, men de er avhengige av modenheten til den grønne hydrogenindustrikjeden.