بطاريات ليثيوم أيون لEV وما لتحسين؟
| Jerry Huang
هناك نوعان رئيسيان من بطاريات الليثيوم: بطارية ليثيوم أيون وبطارية ليثيوم معدن. حتى الآن بطاريات Li-ion المستخدمة في المركبات الكهربائية هي بطاريات LFP (LiFePO4) و NCM (LiNiMnCoO2) و NCA و LCO (LiCoO2) و LNO (LiNiO2) و LMO (LiMn2O4 و Li2MnO3) وبطاريات LTO.
تم اختراع بطارية الليثيوم المعدنية لأول مرة بواسطة MS Whittingham في عام 1970 ، في حين أن هذا النوع القديم من بطاريات الليثيوم المعدنية عادة ما يكون غير قابل لإعادة الشحن. في حين أن بطارية الليثيوم المعدنية الجديدة القابلة لإعادة الشحن ، التي اخترعتها SolidEnergy Systems التي تتمتع بمزايا عامة من الوزن الخفيف ، وكثافة الطاقة المزدوجة لبطارية Li-ion الحالية ، والعمر الطويل ، والتكلفة المعقولة ، والأكثر أمانًا من أي وقت مضى ، أصبحت في تطبيق واسع النطاق. نأمل أن يكون هذا هو الجيل الأحدث والتالي من بطاريات الليثيوم.
اقتباس من ويكيبيديا: بطارية ليثيوم أيون أو بطارية ليثيوم أيون (LIB) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل شائع للإلكترونيات المحمولة والمركبات الكهربائية وتزداد شعبيتها في التطبيقات العسكرية والفضائية. تم تطوير نموذج أولي لبطارية Li-ion من قبل Akira Yoshino في عام 1985 ، بناءً على بحث سابق أجراه John Goodenough و Stanley Whittingham و Rachid Yazami و Koichi Mizushima خلال السبعينيات والثمانينيات ، ثم تم تطوير بطارية Li-ion التجارية بواسطة Sony و فريق أساهي كاسي بقيادة يوشيو نيشي عام 1991.
تختلف خصائص الكيمياء والأداء والتكلفة والسلامة باختلاف أنواع LIB. تستخدم الإلكترونيات المحمولة في الغالب بطاريات ليثيوم بوليمر (مع هلام بوليمر مثل إلكتروليت) مع أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO2) كمواد كاثود ، والتي توفر كثافة طاقة عالية ، ولكنها تنطوي على مخاطر تتعلق بالسلامة ، خاصة عند تلفها. فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) ، بطارية أكسيد المنغنيز أيون الليثيوم (LiMn2O4 ، Li2MnO3 ، أو LMO) ، وأكسيد الكوبالت الليثيوم والنيكل والمنغنيز (LiNiMnCoO2 أو NMC) توفر كثافة طاقة أقل ولكن عمرًا أطول واحتمالية أقل لحدوث حريق أو انفجار. تستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع للأدوات الكهربائية والمعدات الطبية والأدوار الأخرى. تستخدم NMC ومشتقاتها على نطاق واسع في السيارات الكهربائية.
تشمل مجالات البحث الخاصة ببطاريات الليثيوم أيون إطالة العمر ، وزيادة كثافة الطاقة ، وتحسين السلامة ، وخفض التكلفة ، وزيادة سرعة الشحن ، من بين أمور أخرى. يجري البحث في مجال الإلكتروليتات غير القابلة للاشتعال كمسار لزيادة الأمان على أساس القابلية للاشتعال والتطاير للمذيبات العضوية المستخدمة في الإلكتروليت النموذجي. وتشمل الاستراتيجيات بطاريات الليثيوم أيون المائية ، والكهارل الصلبة الخزفية ، والإلكتروليتات البوليمرية ، والسوائل الأيونية ، والأنظمة المفلورة بشدة. (ويكيبيديا غير مقتبس)
بطاريات الليثيوم الرئيسية للمركبات الكهربائية هي NCA و NCM ، مع LFP كخيار ثانوي في السوق العالمية في عام 2020. عادة ما تكون كثافة الطاقة لخلية LFP المفردة حوالي 110 واط في الساعة / كجم ، وقليل جدًا يمكنه إنتاج 190 واط في الساعة / كجم ؛ في حين أن كثافة الطاقة لبطارية NCM أحادية الخلية عمليًا يمكن أن تكون 200Wh / kg ونأمل أن تصل إلى 300Wh / kg قريبًا ؛ لكن بالنسبة لبطارية NCA يمكن أن تكون حوالي 300 واط / كجم اليوم. تطبق Tesla في الغالب بطاريات NCA من Panasonic و LG Chem ، وكذلك بطاريات NCM و LFP من CATL في سلسلة التوريد العالمية الخاصة بها اليوم.
تتميز بطارية LFP بتكلفة منخفضة وخصائص أمان أفضل بكثير من بطارية NCA / NCM ، في حين أن كثافة الطاقة المنخفضة نسبيًا تعتبر عيبًا بشكل واضح.
للمقارنة بين بطارية NCA و NCM ، أظهرت الأبحاث وتطبيق السوق أن بطارية الليثيوم NCA أقل تكلفة مع محتوى أقل من الكوبالت ، وعمر تقويمي أفضل بكثير ، وتدهور أقل بكثير من بطارية الليثيوم NCM ، على الرغم من أن عمر دورة NCA أقل من عمر NCM البطارية. تُستخدم بعض بطاريات NCA في تخزين الطاقة الشمسية في الفضاء الخارجي بعمر يصل إلى عشرين عامًا! يكمن عيب بطارية NCA في عامل الأمان الخاص بها ، فهي ليست آمنة حتى الآن مثل NCM و LFP في ظروف درجات الحرارة المرتفعة. ومع ذلك يعتقد الباحثون أن NCA ستصبح الخيار الأول للمركبات الكهربائية في المستقبل القريب مع تحسن سلامتها وإنتاجها.
ملحوظة: يمكن تحويل أملاح الليثيوم الأساسية ، وهيدروكسيد الليثيوم أحادي الهيدرات ، وكربونات الليثيوم (غالبًا ما تستخدم في مواد كاثود LIB) ، وكلوريد الليثيوم إلى مركبات ليثيوم مختلفة ، مثل LiPF6 و LiFSI و LiTFSI و LiBF4 للإلكتروليتات أو معدن الليثيوم للأنودات في تصنيع بطارية الليثيوم. ابحث عن أملاح الليثيوم Poworks هنا .