Vittura elettrica eri, oghje, dumane: parte 3

U termine "batterie à liti-ion" piatta una larga varietà di tecnulugie.

Una cosa hè sicura - sempre chì l'elettrochimica di lithium-ion resta invariata in questu sensu. Nisuna altra tecnulugia di almacenamentu di energia elettrochimica pò cumpete cù lithium-ion. U puntu, però, hè chì ci sò diversi disinni chì utilizanu materiali diffirenti per u catodu, l'anodu è l'elettroliti, ognuna di quale hà diversi vantaghji in quantu à a durabilità (u nùmeru di cicli di carica è di scaricamentu finu à una capacità residuale permessa per i veiculi elettrici). di 80%), putenza specifica kWh/kg, prezzu euro/kg o rapportu putenza à putenza.

Torna in u tempu

A pussibilità di realizà prucessi elettrochimichi in u cusì chjamatu. E cellule di lithium-ion venenu da a separazione di i protoni di lithium è l'elettroni da a junction di lithium à u catodu durante a carica. L'atomu di litiu dona facilmente unu di i so trè elettroni, ma per a listessa ragione hè assai reattivu è deve esse isolatu da l'aria è l'acqua. In a fonte di tensione, l'elettroni cumincianu à spustà longu u so circuitu, è i ioni sò diretti à l'anodu di carbonu-lithium è, passendu per a membrana, sò cunnessi à questu. Durante u scaricamentu, u muvimentu inversu si trova - i ioni tornanu à u catodu, è l'elettroni, à u turnu, passanu per a carica elettrica esterna. In ogni casu, a carica rapida di alta corrente è a scarica completa risultanu in a furmazione di novi cunnessione durable, chì riduce o ancu ferma a funzione di a bateria. L'idea di l'usu di lithium cum'è donatore di particelle hè u fattu chì hè u metallu più ligeru è pò facilmente liberà protoni è elettroni in e cundizioni ghjusti. In ogni casu, i scientisti abbandunonu rapidamente l'usu di lithium puru per via di a so alta volatilità, a so capacità di ligame cù l'aria, è per ragioni di sicurità.

A prima batteria à ioni di litiu hè stata creata in l'anni 1970 da Michael Whittingham, chì hà adupratu litiu puru è sulfuru di titaniu cum'è elettrodi. Questa elettrochimica ùn hè più usata, ma in realtà pone i fundamenti per e batterie à ioni di litiu. In l'anni 1970, Samar Basu hà dimustratu a capacità di assorbe ioni di litiu da a grafita, ma per via di l'esperienza di l'epica, e batterie si sò autodistrutte quandu sò caricate è scaricate. In l'anni 1980, u sviluppu intensivu hà iniziatu à truvà cumposti di litiu adatti per u catodu è l'anodu di e batterie, è a vera avanzata hè ghjunta in u 1991.

NCA, NCM Lithium Cells ... chì significa veramente?

Dopu avè spirimintatu cù parechji cumposti di lithium in u 1991, i sforzi di i scientisti sò stati coronati cù successu - Sony hà iniziatu a produzzione di massa di batterie di lithium-ion. Attualmente, e batterie di stu tipu anu a più alta putenza di output è a densità di energia, è più impurtante, un putenziale significativu per u sviluppu. Sicondu i bisogni di a bateria, l'imprese si rivolgenu à diversi composti di litiu cum'è u materiale di catodu. Quessi sò l'ossidu di cobalt di litiu (LCO), cumposti cù nickel, cobalt è aluminiu (NCA) o cù nickel, cobalt è manganese (NCM), fosfatu di ferru di lithium (LFP), spinel di lithium manganese (LMS), ossidu di lithium titaniu (LTO) è altri. L'elettrolitu hè una mistura di salti di lithium è solventi organici è hè particularmente impurtante per a "mobilità" di ioni di litiu, è u separatore, chì hè rispunsevule per prevene i cortu circuiti per esse permeable à ioni di litiu, hè di solitu polietilene o polipropilene.

Potenza di uscita, capacità, o entrambi

E caratteristiche più impurtanti di e batterie sò a densità energetica, l'affidabilità è a sicurezza. E batterie attualmente prodotte copre una vasta gamma di queste qualità è, secondu i materiali aduprati, anu un intervallu specificu di energia da 100 à 265 W / kg (è una densità di energia da 400 à 700 W / L). U megliu à stu riguardu sò e batterie NCA è i peghju LFP. Tuttavia, u materiale hè una faccia di a muneta. Per aumentà l'energia specifica è a densità energetica, varie nanostrutture sò aduprate per assorbe più materiale è furnisce una conducibilità più alta di u flussu ionicu. Un grande numeru di ioni, "immagazzinati" in un cumpostu stabile, è a conducibilità sò prerequisiti per una ricarica più rapida, è u sviluppu hè direttu in queste direzzioni. In listessu tempu, a cuncezzione di a batteria deve furnisce u rapportu putenza-capacità richiestu secondu u tippu di unità. Per esempiu, ibridi plug-in anu bisognu di avè un raportu putenza-capacità assai più altu per ragioni evidenti. I sviluppi d'oghje sò focalizati nantu à batterie cum'è NCA (LiNiCoAlO2 cù catodu è anodu di grafite) è NMC 811 (LiNiMnCoO2 cù catodu è anodu di grafite). I primi cuntenenu (fora di litiu) circa 80% nichel, 15% cobalt è 5% alluminiu è anu una energia specifica di 200-250 W / kg, ciò chì significa chì anu un usu relativamente limitatu di cobalt criticu è una vita di serviziu di 1500 cicli. Tali batterie seranu prodotte da Tesla in a so Gigafactory in Nevada. Quandu ghjunghje à a so piena capacità pianificata (in 2020 o 2021, secondu a situazione), a pianta produrrà 35 GWh di batterie, abbastanza per alimentà 500 veiculi. Questu reducerà ulteriormente u costu di e batterie.

E batterie NMC 811 anu una energia specifica ligeramente più bassa (140-200W/kg) ma anu una vita più longa, righjunghjendu 2000 cicli cumpleti, è sò 80% nickel, 10% manganese è 10% cobalt. Attualmente, tutti i pruduttori di batterie utilizanu unu di sti dui tipi. L'unica eccezzioni hè a cumpagnia chinesa BYD, chì produce batterie LFP. Cars equipati cun elli sò più pisanti, ma ùn anu micca bisognu di cobalt. E batterie NCA sò preferite per i veiculi elettrici è NMC per ibridi plug-in per via di i so vantaghji rispettivi in ​​quantu à a densità di energia è a densità di putenza. Esempii sò l'e-Golf elettricu cù un rapportu di putenza / capacità di 2,8 è l'ibridu plug-in Golf GTE cù un rapportu di 8,5. In u nome di calà u prezzu, VW intende aduprà e stesse cellule per tutti i tipi di batterie. È una cosa più - a più grande a capacità di a bateria, u menu u numeru di scaricamentu cumpletu è carichi, è questu aumenta a so vita di serviziu, dunque - u più grande a bateria, u megliu. U sicondu cuncerna l'hibridi cum'è un prublema.

Tendenze di u mercatu

Attualmente, a dumanda di batterie per u trasportu supera digià a dumanda di prudutti elettronichi. Hè sempre prughjettatu chì 2020 milioni di veiculi elettrici à l'annu seranu venduti in u mondu per u 1,5, chì aiuterà à riduce u costu di e batterie. In u 2010, u prezzu di 1 kWh di una cellula di lithium-ion era di circa 900 euru, è avà hè menu di 200 euru. 25% di u costu di a bateria sana hè per u catodu, 8% per l'anodu, separatore è elettrolitu, 16% per tutte l'altri cellule di bateria è 35% per u disignu generale di a bateria. In altri palori, e cellule di lithium-ion cuntribuiscenu à 65 per centu à u costu di una bateria. I prezzi Tesla stimati per u 2020 quandu Gigafactory 1 entra in serviziu sò intornu à 300 € / kWh per e batterie NCA è u prezzu include u pruduttu finitu cù qualchì VAT mediu è garanzia. Sempre un prezzu abbastanza altu, chì continuarà à calà cù u tempu.

E riserve principali di litiu si trovanu in Argentina, Bolivia, Cile, Cina, Stati Uniti d'America, Australia, Canada, Russia, Congo è Serbia, cù a grande maggioranza attualmente sfruttata da laghi secchi. Cum'è sempre più batterie si accumulanu, u mercatu di i materiali riciclati da e vechje batterie aumenterà. Più impurtante, però, hè u prublema di u cobalt, chì, ancu s'ellu hè prisente in grande quantità, hè sfruttatu cum'è sottoproduttu in a produzzione di nichel è di ramu. U cobalt hè minatu, malgradu a so bassa concentrazione in u terrenu, in Congo (chì hà e più grande riserve dispunibili), ma in cundizioni chì sfidanu l'etica, a moralità è a prutezzione di l'ambiente.

Tecnulugia avanzata

Ci vole à tene à mente chì e tecnulugie accettate cum'è pruspettiva per un prossimu avvene ùn sò in realtà micca fundamentalmente novi, ma sò opzioni di ioni di litiu. Si tratta, per esempiu, di batterie à statu solidu, chì utilizanu un elettrolitu solidu invece di un liquidu (o gel in batterie di polimeru di litiu). Questa soluzione furnisce un cuncepimentu più stabile di l'elettrodi, chì viola a so integrità quandu hè carricu di alta corrente, rispettivamente. alta temperatura è alta carica. Questu pò aumentà a corrente di carica, a densità di l'elettrodi è a capacità. E batterie à u statu solidu sò sempre à un stadiu assai iniziale di u sviluppu è sò improbabili di colpisce a pruduzzione di massa finu à a mità di decenniu.

Una di e startups premiate in u 2017 BMW Innovation Technology Competition in Amsterdam era una sucietà alimentata da batterie chì u so anodu di siliciu aumenta a densità di energia. L'ingegneri sò travagliendu in diverse nanotecnologii per furnisce una densità è forza più grande à u materiale di l'anodu è di u catodu, è una soluzione hè di utilizà grafene. Sti strati microscòpichi di grafite cù un grossu atomu unicu è una struttura atomica esagonale sò unu di i materiali più promettenti. E "balle di grafene" sviluppate da u fabricatore di batterie Samsung SDI, integrate in a struttura di catodu è anodu, furnisce una forza, permeabilità è densità più altu di u materiale è un aumentu currispundente di capacità di circa 45% è cinque volte più veloce di carica. tecnulugii ponu riceve l'impulsu più forte da e vitture di Formula E, chì pò esse u primu à esse equipatu di tali batterie.

I ghjucatori in questu stadiu

I principali attori cum'è fornitori di Tier 123 è Tier 2020, vale à dì i pruduttori di celle è batterie, sò Giappone (Panasonic, Sony, GS Yuasa è Hitachi Vehicle Energy), Corea (LG Chem, Samsung, Kokam è SK Innovation), Cina (BYD Company) . , ATL è Lishen) è l'USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel è Valence Technology). I principali fornitori di telefunini sò attualmente LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (Corea), AESC (Giappone), BYD (Cina) è CATL (Cina), chì anu una cota di mercatu di dui terzi. In questa fase in Europa, sò solu opposti da BMZ Group da Germania è Northvolth da Svezia. Cù u lanciamentu di a Gigafactory di Tesla in XNUMX, sta proporzione cambierà - a cumpagnia americana contarà per XNUMX% di a produzzione mundiale di cellule di lithium-ion. Cumpagnia cum'è Daimler è BMW anu digià firmatu cuntratti cù alcune di sti cumpagnie, cum'è CATL, chì custruì una pianta in Europa.