Baterie litowo-jonowe dla EV i co poprawić?
| Jerry Huang
Istnieją dwa główne typy baterii litowych: bateria litowo-jonowa i bateria litowo-metalowa. Do tej pory akumulatory Li-ion stosowane w pojazdach elektrycznych to LFP (LiFePO4), NCM (LiNiMnCoO2), NCA, LCO (LiCoO2), LNO (LiNiO2), LMO (LiMn2O4, Li2MnO3) i LTO.
Bateria litowo-metalowa została po raz pierwszy wynaleziona przez MS Whittingham w 1970 roku, podczas gdy ten przestarzały typ baterii litowo-metalowej zwykle nie nadaje się do ponownego naładowania. Podczas gdy nowatorska ładowalna bateria litowo-metalowa, wynaleziona przez SolidEnergy Systems, która ma ogólne zalety lekkości, podwójnej gęstości energii obecnego akumulatora litowo-jonowego, długiej żywotności, rozsądnych kosztów i bezpieczniejsza niż kiedykolwiek, znalazła zastosowanie na dużą skalę. Mam nadzieję, że będzie to najnowsza i następna dominująca generacja baterii litowych.
Cytat z Wikipedii: Akumulator litowo-jonowy lub akumulator litowo-jonowy (LIB) to rodzaj akumulatora. Baterie litowo-jonowe są powszechnie używane w przenośnych urządzeniach elektronicznych i pojazdach elektrycznych i zyskują na popularności w zastosowaniach wojskowych i kosmicznych. Prototypowy akumulator litowo-jonowy został opracowany przez Akirę Yoshino w 1985 roku na podstawie wcześniejszych badań Johna Goodenougha, Stanleya Whittinghama, Rachida Yazami i Koichi Mizushimy w latach 70.-1980, a następnie komercyjny akumulator litowo-jonowy został opracowany przez firmę Sony i Zespół Asahi Kasei kierowany przez Yoshio Nishi w 1991 roku.
Charakterystyka chemii, wydajności, kosztów i bezpieczeństwa różni się w zależności od typu LIB. Elektronika podręczna wykorzystuje głównie baterie litowo-polimerowe (z żelem polimerowym jako elektrolitem) z tlenkiem litowo-kobaltowym (LiCoO2) jako materiałem katodowym, który zapewnia wysoką gęstość energii, ale stwarza zagrożenie bezpieczeństwa, zwłaszcza w przypadku uszkodzenia. Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4), bateria litowo-jonowa z tlenkiem manganu (LiMn2O4, Li2MnO3 lub LMO) i tlenek kobaltu litowo-niklowo-manganowego (LiNiMnCoO2 lub NMC) oferują niższą gęstość energii, ale dłuższą żywotność i mniejsze prawdopodobieństwo pożaru lub wybuchu. Takie baterie są szeroko stosowane w elektronarzędziach, sprzęcie medycznym i innych rolach. NMC i jego pochodne są szeroko stosowane w pojazdach elektrycznych.
Obszary badawcze dotyczące akumulatorów litowo-jonowych obejmują między innymi wydłużenie żywotności, zwiększenie gęstości energii, poprawę bezpieczeństwa, zmniejszenie kosztów i zwiększenie prędkości ładowania. Prowadzone są badania w dziedzinie niepalnych elektrolitów jako drogi do zwiększenia bezpieczeństwa w oparciu o palność i lotność rozpuszczalników organicznych stosowanych w typowym elektrolicie. Strategie obejmują wodne baterie litowo-jonowe, ceramiczne elektrolity stałe, elektrolity polimerowe, ciecze jonowe i systemy silnie fluorowane. (Wikipedia bez cytatu)
Główne baterie litowe do pojazdów elektrycznych to NCA i NCM, przy czym LFP jako niewielka opcja na światowym rynku w 2020 roku. Gęstość energii pojedynczej komórki LFP wynosi zwykle około 110 Wh/kg, bardzo niewiele może zrobić z niej 190 Wh/kg; podczas gdy praktycznie gęstość energii pojedynczej baterii NCM może wynosić 200 Wh/kg i miejmy nadzieję, że wkrótce będzie to 300 Wh/kg; ale dla baterii NCA może to być dzisiaj około 300 Wh/kg. Tesla stosuje dziś w swoim globalnym łańcuchu dostaw głównie akumulatory NCA firmy Panasonic i LG Chem, a także akumulatory NCM i LFP firmy CATL.
Zaletą baterii LFP jest niski koszt i znacznie lepsze właściwości bezpieczeństwa niż bateria NCA/NCM, natomiast wadą jest jej stosunkowo niska gęstość energii.
Dla porównania baterii NCA i NCM, badania i zastosowania rynkowe wykazały, że bateria litowa NCA jest tańsza, z mniejszą zawartością kobaltu, znacznie lepszą żywotnością kalendarza, znacznie mniejszą degradacją niż bateria litowa NCM, chociaż żywotność NCA jest mniejsza niż żywotność NCM bateria. Część baterii NCA jest wykorzystywana do magazynowania energii słonecznej w kosmosie, a jej żywotność wynosi nawet dwadzieścia lat! Wadą akumulatora NCA jest jego współczynnik bezpieczeństwa, jak dotąd nie jest on tak bezpieczny jak NCM i LFP w warunkach wysokiej temperatury. Jednak naukowcy są przekonani, że NCA stanie się pierwszym wyborem dla pojazdów elektrycznych w najbliższej przyszłości, w miarę poprawy bezpieczeństwa i produkcji.
Uwaga: Jako podstawowe sole litu, monohydrat wodorotlenku litu, węglan litu (często stosowany w materiałach katodowych LIB) i chlorek litu można przekształcić w różne związki litu, takie jak LiPF6, LiFSI, LiTFSI i LiBF4 w przypadku elektrolitów lub metaliczny lit w przypadku anod w produkcja baterii litowych. Znajdź sole litowe Poworks tutaj .