Fiara herinaratra omaly, anio, rahampitso: fizarana 3

Ny anarana hoe "batterie-lithium-ion" dia manafina ny teknolojia isan-karazany.

Zavatra iray no azo antoka - raha mbola tsy miova ny electrochemistry lithium-ion amin'io lafiny io. Tsy misy teknolojia fitahirizana angovo elektrika hafa afaka mifaninana amin'ny lithium-ion. Ny teboka anefa dia misy endrika samihafa izay mampiasa fitaovana samihafa ho an'ny cathode, anode ary electrolyte, izay samy manana tombony samihafa amin'ny faharetan'ny faharetana (ny isan'ny fiampangana sy ny fivoahana amin'ny alàlan'ny fahafahan'ny sisa tavela ho an'ny fiara elektrika. amin'ny 80%), hery manokana kWh/kg, vidiny euro/kg na taham-pamokarana herinaratra.

Miverina amin'ny fotoana

Ny mety hisian`ny electrochemical dingana ao amin`ny antsoina hoe. Ny sela Lithium-ion dia avy amin'ny fisarahana ny protons lithium sy ny elektrôna avy amin'ny fihaonan'ny lithium amin'ny cathode mandritra ny fiampangana. Ny atoma lithium dia manome mora ny iray amin'ireo elektrôna telo ao aminy, saingy noho izany antony izany dia tena mihetsika izy ary tsy maintsy mitoka-monina amin'ny rivotra sy ny rano. Ao amin'ny loharano malefaka, ny elektrôna dia manomboka mandehandeha eny amin'ny faritra misy azy, ary ny ion dia mitodika any amin'ny anode karbônina-lithium ary, mandalo ny membrane, mifandray aminy. Mandritra ny fivoahana dia mitranga ny hetsika mivadika - miverina amin'ny cathode ny ion, ary ny elektrôna kosa dia mandalo amin'ny enta-mavesatra ivelany. Na izany aza, ny fiampangana haingam-pandeha haingana sy ny fivoahana feno dia miteraka fifandraisana maharitra vaovao, izay mampihena na manakana ny fiasan'ny bateria mihitsy aza. Ny hevitra ao ambadiky ny fampiasana lithium ho toy ny mpanome sombintsombiny dia avy amin'ny hoe izy io no metaly maivana indrindra ary afaka mamoaka protons sy elektronika mora foana amin'ny toe-javatra mety. Na izany aza, ny mpahay siansa dia nandao haingana ny fampiasana lithium madio noho ny fiovaovan'ny haavony, ny fahafahany mifandray amin'ny rivotra, ary noho ny antony fiarovana.

Ny bateria lithium-ion voalohany dia noforonina tamin'ny taona 1970 namboarin'i Michael Whittingham, izay nampiasa lithium madio sy titanium sulfide ho toy ny electrodes. Io electrochemistry io dia tsy ampiasaina intsony, fa raha ny marina dia manangana ny fototry ny bateria lithium-ion. Tamin'ny taona 1970 dia nasehon'i Samar Basu ny fahaizana mamono ireo litera lithium avy amin'ny grika, fa noho ny zavatra niainany tamin'ny fotoana dia nidina haingana ny bateria rehefa voampanga sy noroahina. Tamin'ny taona 1980 dia nanomboka ny fivoarana mahery vaika dia nahita fitambarana lithium mety ho an'ny katolika sy ny mpikatroka bateria, ary ny fianjerana tena izy no tonga tamin'ny taona 1991.

NCA, sel lithium NCM ... inona marina no tena dikan'izany?

Taorian'ny nanandrana tamin'ny 1991 isan-karazany Lithium Kamban-teny, ny ezaka nataon'ny mpahay siansa ny fahombiazana - Sony nanomboka famokarana faobe ny lithium-ion bateria. Amin'izao fotoana izao, ny batterie amin'ity karazana ity dia manana ny herin'ny famoahana avo indrindra sy ny hakitroky ny angovo, ary ny tena zava-dehibe, ny mety ho fampandrosoana. Miankina amin'ny fepetra takian'ny bateria, ny orinasa dia mitodika any amin'ny kanto lithium isan-karazany ho fitaovana cathode. Ireo dia lithium cobalt oxide (LCO), fitambarana misy nikela, kobalta ary aluminium (NCA) na miaraka amin'ny nikela, kobalta ary manganese (NCM), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese spinel (LMS), lithium titanium oxide (LTO). sy ny hafa. Ny electrolyte dia fifangaroan'ny sira lithium sy solvents organika ary zava-dehibe indrindra amin'ny "fihetsehana" ny litium ion, ary ny separator, izay tompon'andraikitra amin'ny fisorohana ny circuits fohy amin'ny alàlan'ny permeable amin'ny lithium ion, dia matetika polyethylene na polypropylene.

Ny fahefana anananay, ny fahaiza-manao na ny roa tonta

Ny toetra tena manan-danja indrindra amin'ny batterie dia ny fitambaran'ny angovo, ny fahatokisana ary ny fiarovana. Ny bateria vokarina amin'izao fotoana izao dia mahasahana ireo karazan'ireto toetrandro ireto ary, miankina amin'ny fitaovana ampiasaina, dia manana angovo manokana amin'ny 100 ka hatramin'ny 265 W / kg (ary ny tanjaky ny angovo 400 ka hatramin'ny 700 W / L). Ny tsara indrindra amin'io lafiny io dia ny bateria NCA sy ny LFP ratsy indrindra. Na izany aza, ny fitaovana dia lafiny iray amin'ny vola madinika. Mba hampitomboana ny tanjaky ny angovo manokana sy ny angovo azo ampiasaina, ny nanostructures isan-karazany dia ampiasaina hamonosana fitaovana betsaka ary hanomezana fihetsika avo kokoa ny renirano ion. Isika maro be, "notehirizina" tao amin'ny sangan'asa matevina, ary ny fitondran-tena dia fepetra takiana amin'ny famerenany haingana kokoa, ary ny fampandrosoana dia ampitaina amin'ireto torolàlana ity. Mandritra izany fotoana izany, ny famolavolana bateria dia tsy maintsy manome ny salan'isa herinaratra ilaina amin'ny herinaratra miankina amin'ny karazana drive. Ohatra, ny hamafin'ny plug-in dia mila manana mari-pahaizana mahery vaika kokoa amin'ny herinaratra noho ny antony mazava. Ny fivoarana ankehitriny dia mifantoka amin'ny batterie toa an'i NCA (LiNiCoAlO2 miaraka amin'ny katolika ary grafit anode) ary NMC 811 (LiNiMnCoO2 miaraka amin'ny katolika ary grafoda). Ny teo aloha (ivelan'ny lithium) manodidina ny boribory 80%, kobalt 15% ary aluminium 5% ary manana angovo manokana amin'ny 200-250 W / kg, izay midika fa ny fampiasana kobalt krisalte sy ny serivisy fanompoana hatramin'ny 1500. Ny bateria toy izany dia novokarin'i Tesla ao amin'ny Gigafactory any Nevada. Rehefa mahatratra ny fahafenoany efa nomanina (amin'ny 2020 na 2021, miankina amin'ny toe-javatra), hamokatra bateriazo GWh 35 ny zavamaniry, izay ampy herinaratra fiara 500. Amin'izany dia hampihena ny vidin'ny bateria.

Ny bateria NMC 811 dia manana angovo manokana kely ambany kokoa (140-200W / kg) saingy manana fiainana lava kokoa, mahatratra 2000 tsingerina feno, ary 80% nikela, 10% manganese ary 10% kobalta. Amin'izao fotoana izao, ny mpanamboatra bateria rehetra dia mampiasa ny iray amin'ireo karazany roa ireo. Ny hany tokana dia ny orinasa sinoa BYD, izay manamboatra bateria LFP. Ny fiara misy azy ireo dia mavesatra kokoa, saingy tsy mila kobalta izy ireo. Ny bateria NCA dia tiana ho an'ny fiara elektrika ary NMC ho an'ny hybrid plug-in noho ny tombony azony avy amin'ny lafiny angovo sy hakitroky ny herinaratra. Ohatra amin'izany ny e-Golf elektrika miaraka amin'ny taham-pahavitrihana 2,8 ary ny Golf GTE hybrid plug-in miaraka amin'ny tahan'ny 8,5. Amin'ny anaran'ny fampidinana ny vidiny, ny VW dia mikasa ny hampiasa sela mitovy amin'ny karazana bateria rehetra. Ary zavatra iray hafa - ny lehibe kokoa ny fahafahan'ny bateria, ny kely ny isan'ny entona feno sy ny fiampangana, ary izany dia mampitombo ny fiainana fanompoana, noho izany - ny lehibe kokoa ny bateria, ny tsara kokoa. Ny faharoa dia mahakasika ny hybrides ho olana.

Fironana amin'ny tsena

Amin'izao fotoana izao, ny fangatahana bateria ho an'ny tanjona fitaterana dia efa mihoatra ny fangatahana vokatra elektronika. Mbola vinavinaina fa 2020 tapitrisa isan-taona no hamidy eran-tany amin'ny taona 1,5, izay hanampy amin'ny fampidinana ny vidin'ny bateria. Tamin'ny 2010, ny vidin'ny 1 kWh amin'ny sela lithium-ion dia tokony ho 900 euros, ary ankehitriny dia latsaky ny 200 euros. Ny 25% amin'ny vidin'ny bateria manontolo dia ho an'ny cathode, 8% ho an'ny anode, separator ary electrolyte, 16% ho an'ny sela bateria hafa ary 35% ho an'ny famolavolana bateria amin'ny ankapobeny. Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny sela lithium-ion dia manome 65 isan-jato amin'ny vidin'ny bateria. Ny vidin'ny Tesla tombanana ho an'ny 2020 rehefa miditra amin'ny serivisy ny Gigafactory 1 dia manodidina ny 300 € / kWh ho an'ny bateria NCA ary ny vidiny dia misy ny vokatra vita miaraka amin'ny VAT antonony sy fiantohana. Mbola lafo vidy, izay hihena foana rehefa mandeha ny fotoana.

Ny tahirim-bolan'ny litioma lehibe dia hita any Arzantina, Bolivia, Chili, China, USA, Australia, Canada, Russia, Congo ary Serbia, ka ny ankamaroany amin'izao fotoana izao dia minitra amin'ny farihy maina. Arakaraka ny miangona hatrany ny bateria dia hitombo ny tsena ho an'ny akora simba amin'ny battery taloha. Ny zava-dehibe kokoa anefa dia ny olan'ny kobalt, izay, na dia hita betsaka aza, dia mined as a product-produit amin'ny famokarana nikela sy varahina. Kobalt dia vanja, na dia eo aza ny fitrandrahana azy amin'ny tany ambany, any Kongo (izay manana tahiry lehibe azo jerena), saingy amin'ny toe-javatra manohitra ny etika, ny fitondran-tena ary ny fiarovana ny tontolo iainana.

Teknolojia mandroso

Tokony ho tsaroana fa ny teknolojia ekena ho antenaina ho avy tsy ho ela, fa tsy vatsim-piainana fotsiny, fa safidy lithium-ion. Misy, ohatra, ny bateria matanjaka, izay mampiasa electrolyte mafy fa tsy ranon-tsolika (na gel ao anaty batterie polymer lithium). Ity vahaolana ity dia manome endrika famoronana azo antoka kokoa momba ny elektrôzika, izay manitsakitsaka ny fahatokisan-tena raha toa ka arahin'izy ireo ny arabe avo lenta. mari-pana sy haingàna avo. Izany dia afaka mampitombo ny fiampangana ankehitriny, electrode density sy capacitance. Ny batterie an'ny fanjakana dia mbola eo am-piandohan'ny fivoaran'ny toe-javatra ary tsy dia tratran'ny famoronana faobe raha tsy amin'ny tapaky ny folo taona.

Iray amin'ireo fanombohana nahazo loka tamin'ny fifaninanana teknolojia BMW Innovation 2017 tany Amsterdam dia orinasa matanjaka amin'ny bateria izay manatsara ny hakitroky ny angovo vita amin'ny silika. Ny injeniera dia miasa amin'ny nanotechnologies isan-karazany mba hanomezana hakitroka sy tanjaka lehibe kokoa ho an'ny fitaovana anode sy codeode, ary ny vahaolana iray dia ny fampiasana graphene. Ireo sosona grafitika mikroskopika misy atiny tokana sy firafitry ny atôma hexagonaly dia iray amin'ireo fitaovana manome toky indrindra. Ny "baolina graphene" novolavolain'ny mpanamboatra sela bateria Samsung SDI, tafiditra ao anatin'ny rafitry ny katôra sy ny anode, manome tanjaka avo lenta, azo zahana sy be hakitroky ny fitaovana ary fitomboan'ny fahaizan'ny 45% ary dimy heny ny fotoana famahanana haingana kokoa. dia afaka mahazo ny tsindrona mahery indrindra avy amin'ny fiara Formula E. izay mety ho voalohany hampiasaina amin'ny batery toy izany.

Mpilalao amin'ity sehatra ity

Ny mpilalao fototra amin'ny mpamatsy Tier 123 sy Tier 2020, izany hoe mpanamboatra sela sy bateria, dia Japon (Panasonic, Sony, GS Yuasa ary Hitachi Vehicle Energy), Korea (LG Chem, Samsung, Kokam ary SK Innovation), Shina (Orinasa BYD) . , ATL sy Lishen) ary Etazonia (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel ary Valence Technology). Ny tena mpamatsy finday amin'izao fotoana izao dia LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Japon), BYD (Shina) ary CATL (Shina), izay manana anjara tsena roa ampahatelony. Amin'izao dingana any Eoropa izao, ny vondrona BMZ avy any Alemaina sy Northvolth avy any Soeda ihany no manohitra azy ireo. Miaraka amin'ny fanombohana ny Tesla's Gigafactory tamin'ny taona XNUMX, dia hiova io ampahany io - ny orinasa amerikana dia hitondra ny XNUMX% amin'ny famokarana sela lithium-ion manerantany. Ny orinasa toa an’i Daimler sy BMW dia efa nanao sonia fifanarahana tamin’ny sasany amin’ireo orinasa ireo, toy ny CATL, izay manangana orinasa any Eoropa.