Gawaarida korontada shalay, maanta, berri: qaybta 3

Ereyga "baytariyada lithium-ion" wuxuu qariyaa noocyo badan oo tikniyoolajiyad ah.

Hal shay ayaa hubaal ah - ilaa iyo inta lithium-ion electrochemistry ay weli tahay mid aan isbeddelin arrintan. Ma jiro tignoolajiyada kaydinta tamarta korantada kale oo la tartami karta lithium-ion. Ujeedadu, si kastaba ha ahaatee, waa in ay jiraan naqshado kala duwan oo u isticmaala qalab kala duwan oo loogu talagalay cathode, anode iyo electrolyte, mid kasta oo ka mid ah ayaa leh faa'iidooyin kala duwan marka loo eego cimri dhererka (tirada kharashka iyo wareegyada sii deynta ilaa awoodda haraaga ee la ogol yahay ee baabuurta korontada of 80%), quwad gaar ah kWh/kg, qiimaha euro/kg ama saamiga awoodda.

Wakhtigii ku noqo

Suurtagalnimada in lagu fuliyo hababka korantada ee waxa loogu yeero. Unugyada lithium-ion waxay ka yimaadaan kala-soocidda borotiinnada lithium-ka iyo electron-ka ee isgoyska lithium-ka ee cathode inta lagu jiro dallacaadda. Atomka lithium-ka ayaa si fudud ugu deeqaya mid ka mid ah saddexdiisa elektarooniga ah, laakiin isla sababtaas awgeed waa mid aad u firfircoon oo ay tahay in laga sooco hawada iyo biyaha. Isha danabka, electrons-yadu waxay bilaabaan inay u dhaqaaqaan wareegga wareegga, iyo ion-yada waxaa lagu hagaajiyaa kaarboon-lithium anode-ka iyo, dhex mara xuubka, waxay ku xiran yihiin. Inta lagu jiro dheecaanka, dhaqdhaqaaqa dib-u-celinta ayaa dhacaya - ions waxay ku soo noqdaan cathode, iyo electrons, markeeda, waxay sii maraan culeyska korantada ee dibadda. Si kastaba ha ahaatee, dallacaadda degdega ah ee hadda sare iyo dheecaanka buuxa waxay keenaysaa samaynta xiriiro cusub oo waara, kaas oo yareeya ama xitaa joojiya shaqada batteriga. Fikradda ka dambeysa isticmaalka lithium-ka ku-deeqaha walxaha waxay ka timid xaqiiqda ah inay tahay birta ugu fudud waxayna si fudud u sii deyn kartaa protons iyo electrons iyadoo la raacayo shuruudaha saxda ah. Si kastaba ha ahaatee, saynisyahannadu waxay si degdeg ah uga tagayaan isticmaalka lithium saafi ah sababtoo ah isbeddelka sarreeya, awoodda ay u leedahay in ay ku xirto hawada, iyo sababo ammaan dartood.

Batarigii ugu horreeyay ee lithium-ion waxaa la abuuray 1970s Michael Whittingham, oo u isticmaalay lithium saafi ah iyo titanium sulfide sidii koronto. Farsamaynta elektroonigga mar dambe looma adeegsan, laakiin dhab ahaantii waxay aasaas u tahay baytariyada lithium-ion. Sanadihii 1970-naadkii, Samar Basu wuxuu muujiyey awoodda uu u leeyahay inuu ka soo nuugo ion lithium ion-ka garaafka, laakiin waaya aragnimada waqtigaas darteed, baytariyada ayaa si dhakhso leh isu baabi'iya markii la soo oogo iyo markii laga baxo. 1980-yadii, horumarka degdegga ah wuxuu bilaabay inuu helo xeryahooda lithium ku habboon ee cathode iyo anode ee baytariyada, iyo horumarka dhabta ah wuxuu yimid 1991.

NCA, unugyada lithium NCM ... maxay tan runti macnaheedu tahay?

Ka dib markii ay tijaabiyeen xeryahooda kala duwan ee lithium 1991, dadaalka saynisyahanadu waxay ku guuleysteen guul - Sony waxay bilawday wax soo saarka batariyada lithium-ion. Waqtigan xaadirka ah, baytariyada noocaan ah waxay leeyihiin awooda ugu sareysa ee wax soo saarka iyo cufnaanta tamarta, iyo tan ugu muhiimsan, awood weyn oo horumarineed. Iyada oo ku xidhan shuruudaha batteriga, shirkaduhu waxay u jeesteen xeryahooda lithium kala duwan sida walxaha cathode. Kuwani waa lithium cobalt oxide (LCO), xeryahooda leh nikkel, cobalt iyo aluminium (NCA) ama leh nikkel, cobalt iyo manganese (NCM), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese spinel (LMS), lithium titanium oxide (LTO) iyo kuwo kale. Electrolyt-ku waa isku dhafka milixyada lithium-ka iyo dareerayaasha organic waxayna si gaar ah muhiim ugu tahay "dhaqdhaqaaqa" ee lithium ions, iyo kala-soocida, oo ka masuul ah ka hortagga wareegyada gaaban iyada oo loo marayo ion lithium, badanaa waa polyetylen ama polypropylene.

Awood wax soo saar, karti, ama labadaba

Astaamaha ugu muhiimsan ee baytariyada ayaa ah cufnaanta tamarta, isku halaynta iyo nabadgelyada. Baytariyada hadda la soo saaray waxay daboolayaan noocyo badan oo ka mid ah sifooyinkaas, waxayna kuxirantahay walxaha loo isticmaalo, waxay leeyihiin kaladuwanaansho tamar oo gaar ah oo ah 100 illaa 265 W / kg (iyo cufnaanta tamarta ee 400 illaa 700 W / L). Tan ugu wanaagsan arintan waa baytariyada NCA iyo kuwa ugu xun ee LFPs. Si kastaba ha noqotee, maaddadu waa hal dhinac oo lacagta ah. Si loo kordhiyo tamarta gaarka ah iyo cufnaanta tamarta, qaababka kala duwan ee loo yaqaan 'nanostructures' ayaa loo isticmaalaa in lagu soo nuugo waxyaabo badan isla markaana loo bixiyo habsami u socodka qulqulka ion. Tiro badan oo ion ah, "lagu keydiyay" dhisme xasilloon, iyo socodsiinta ayaa shuruud u ah in si dhakhso leh loo soo xareeyo, horumarka ayaa lagu jiheeyaa jihooyinkaas. Isla mar ahaantaana, naqshadeynta batteriga waa inay bixisaa saamiga awood-u-karti ee loo baahan yahay iyadoo ku xiran nooca wadista. Tusaale ahaan, isku-darka isku-xidhka waxay u baahan yihiin inay yeeshaan saami aad u sarreeya oo awood-u-karti ah sababo muuqda awgood. Horumarka maanta waxaa diirada lagu saaray baytariyada sida NCA (LiNiCoAlO2 oo leh cathode iyo graphite anode) iyo NMC 811 (LiNiMnCoO2 oo wata cathode iyo graphite anode). Midka hore wuxuu kakooban yahay (banaanka lithium) qiyaastii 80% nikkel, 15% cobalt iyo 5% aluminium waxayna leeyihiin tamar gaar ah oo ah 200-250 W / kg, taas oo macnaheedu yahay inay si xadidan u isticmaalaan cobalt-ka muhiimka ah iyo nolosha adeega ilaa 1500 wareeg. Baytariyada noocan oo kale ah waxaa soo saari doona shirkadda 'Tesla' oo ku taal Gigafactory-keeda ku yaal Nevada. Markay gaarto awoodeeda buuxda ee qorshaysan (sanadka 2020 ama 2021, waxay kuxirantahay xaalada), warshadu waxay soo saari doontaa 35 GWh oo baytariyaal ah, oo kufilan inay awoodo 500 oo gaari. Tani waxay sii yarayn doontaa kharashka baytariyada.

NMC 811 baytariyadu waxay leeyihiin tamar gaar ah oo waxoogaa ka hooseeya (140-200W/kg) laakiin waxay leeyihiin nolol dheer, waxay gaadhaan 2000 wareegyo buuxa, waana 80% nikkel, 10% manganese iyo 10% cobalt. Hadda, dhammaan soosaarayaasha baytariyadu waxay isticmaalaan labadan nooc midkood. Waxa kaliya ee ka reeban waa shirkadda Shiinaha ee BYD, oo samaysa baytariyada LFP. Baabuurta lagu rakibay ayaa ka culus, laakiin uma baahna cobalt. Batariyada NCA waxaa loo door bidayaa baabuurta korontada ku shaqeysa iyo NMC ee isku-dhafka isku-dhafka ah sababtoo ah faa'iidooyinka ay kala leeyihiin marka la eego cufnaanta tamarta iyo cufnaanta tamarta. Tusaalooyinka waxaa ka mid ah e-Golf koronto oo leh saamiga korantada/awoodda 2,8 iyo isku-dhafka Golf GTE oo leh saamiga 8,5. Magaca hoos u dhigista qiimaha, VW waxay ku talo jirtaa inay u isticmaasho unugyo isku mid ah dhammaan noocyada baytariyada. Iyo hal shay oo kale - batteriga weyn ee batteriga, tirada sii daynta buuxda iyo kharashka, tani waxay kordhisaa nolosheeda adeegga, sidaas darteed - batteriga weyn, way ka sii fiican tahay. Midda labaad waxay khusaysaa isku-dhafka sida dhibaato.

Isbedelada suuqa

Waqtigan xaadirka ah, baahida loo qabo baytariyada ujeedooyinka gaadiidka mar horeba way dhaaftay baahida alaabta elektiroonigga ah. Wali waxa la saadaalinayaa in 2020 milyan oo baabuur koronto ah sannadkii la iibin doono caalamka marka la gaadho 1,5, taas oo ka caawin doonta hoos u dhigista qiimaha baytariyada. Sannadkii 2010, qiimaha 1 kWh ee unugga lithium-ion wuxuu ahaa ilaa 900 oo Yuuro, hadda waxa uu ka yar yahay 200 oo Yuuro. 25% qiimaha batteriga oo dhan waa cathode, 8% anode, kala-soocida iyo electrolyte, 16% dhammaan unugyada kale ee batteriga iyo 35% naqshadeynta guud ee batteriga. Si kale haddii loo dhigo, unugyada lithium-ion waxay ku biiriyaan 65 boqolkiiba qiimaha batteriga. Qiyaasta qiimayaasha Tesla ee 2020 marka Gigafactory 1 uu soo galo adeega waa ku dhawaad ​​300€/kWh ee baytariyada NCA qiimuhuna waxa ku jira badeecada dhammaatay oo leh waxoogaa celcelis ahaan VAT iyo dammaanad Weli qiimo aad u sarreeya, kaas oo sii wadi doona inuu hoos u dhaco wakhti ka dib.

Keydka ugu weyn ee lithium waxaa laga helaa wadamada Argentina, Bolivia, Chile, China, USA, Australia, Canada, Russia, Congo iyo Serbia, iyadoo inta ugu badan hada laga soo saaro harooyinka qalalan. Markasta iyo baytariyaal aad u tiro badani isa soo tarayaan, suuqa alaabada dib looga soo cusboonaysiiyay baytariyadii hore wuu sii kordhi doonaa. Waxaase ka muhiimsan, si kastaba ha noqotee, dhibaatada cobalt-ka, oo inkasta oo ay ku jiraan tiro badan, haddana loo qodayo sidii wax soo saar ka sameysan nikkel iyo naxaas. Cobalt waa la soo saaraa, in kasta oo ay ku yartahay carada, Congo (oo leh kaydadka ugu badan ee la heli karo), laakiin xaaladaha ku tartamaya anshaxa, anshaxa iyo ilaalinta deegaanka.

Tikniyoolajiyadda horumarsan

Waa in maskaxda lagu hayaa in tiknoolajiyada loo aqbalay rajada mustaqbalka dhow runti aysan aasaas ahaan cusubeyn, laakiin ay yihiin xulashooyinka lithium-ion. Kuwani waa, tusaale ahaan, baytariyada-gobolka adag, oo isticmaala elektroteol adag halkii ay ka ahaan lahaayeen dareeraha (ama jel ku jira baytariyada lithium polymer). Xalkani wuxuu bixiyaa naqshad deggen oo elektaroodyada ah, taas oo ku xad gudbeysa sharaftooda markii lagu soo oogo hadda sare, siday u kala horreeyaan. heerkulka sare iyo culeys sarreeya. Tani waxay kordhin kartaa kuleylka hadda, cufnaanta korantada iyo awoodda. Baytariyada adag ee gobolka ayaa wali ku jira marxalad aad u horeysa oo horumarineed waxayna u egtahay inaysan ku dhici doonin wax soo saar ballaaran illaa iyo bartamaha sano.

Mid ka mid ah bilawgii abaal-marinta ku guuleystay Tartanka Teknolojiyadda Innovation BMW ee 2017 wuxuu ahaa shirkad batteri ku shaqeysa oo anoon-ta silikoonku ay kordhiso cufnaanta tamarta. Injineeradu waxay ka shaqeynayaan nanotechnologies kala duwan si ay u siiyaan cufnaan iyo xoog weyn maadada anode iyo cathode labadaba, hal xalna waa adeegsiga graphene. Lakabyadaan microscopic -ka ah ee garaafka leh dhumuc hal atom ah iyo qaab -dhismeed atom oo laba -geesood ah waa mid ka mid ah waxyaabaha ugu rajada wanaagsan. "Kubadaha graphene" oo ay soo saareen soosaaraha unugga batteriga Samsung SDI, oo lagu dhex daray kaatoodhka iyo qaab -dhismeedka anode, ayaa bixiya awood sare, awood -u -lahaansho iyo cufnaanta maaddada iyo koror u dhigma awoodda qiyaastii 45% iyo shan jeer waqti degdeg ah. teknolojiyaddu waxay dhiirrigelinta ugu xooggan ka heli kartaa baabuurta Formula E, oo laga yaabo inay noqoto tii ugu horreysay ee lagu qalabeeyo baytariyada noocaas ah.

Ciyaartoyda marxaladdan

Ciyaartoyda ugu waaweyn sida alaab-qeybiyeyaasha Tier 123 iyo Tier 2020, ie. soosaarayaasha unugyada iyo batteriga, waa Japan (Panasonic, Sony, GS Yuasa iyo Hitachi Vehicle Energy), Kuuriya (LG Chem, Samsung, Kokam iyo SK Innovation), Shiinaha (Shirkadda BYD) . , ATL iyo Lishen) iyo USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel iyo Valence Technology). Alaab-qeybiyeyaasha ugu muhiimsan ee taleefannada gacanta hadda waa LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Korea), AESC (Japan), BYD (Shiinaha) iyo CATL (Shiinaha), kuwaas oo leh saami suuq ah saddex-meelood laba meel. Marxaladdan Yurub, waxa ka soo horjeeda oo kaliya BMZ Group oo ka socda Jarmalka iyo Northvolth oo ka socda Sweden. Iyadoo la bilaabay Tesla's Gigafactory ee XNUMX, saamigani wuu isbeddeli doonaa - shirkadda Maraykanku waxay xisaabin doontaa XNUMX% wax soo saarka adduunka ee unugyada lithium-ion. Shirkado ay ka mid yihiin Daimler iyo BMW ayaa horey heshiisyo ula saxiixday qaar ka mid ah shirkadahaas, sida CATL oo warshad ka dhisaneysa Yurub.