Автомобилните батерии са основните компоненти на електрическите превозни средства. Батериите с различни технически маршрути варират значително в производителността, разходите и приложимите сценарии. Следва анализ на основните класификации и техните предимства и недостатъци.
1. Литиево-йонни батерии (основна технология)
Литиево-йонните захранващи батерии, наричани литиеви батерии, са батерии, които използват литиев метал или литиева сплав като отрицателни електродни материали и неводни електролитни разтвори.
1. Тродни литиеви батерии (NCM\/NCA)
Катодни материали: оксиди от никел (Ni), кобалт (CO), манган (MN) или алуминий (AL).
Предимства:
Висока енергийна плътност (200-300 wh\/kg) и дълъг обхват на шофиране;
Добри нискотемпературни показатели (все още могат да поддържат висок капацитет при -20 градус);
Силна бърза способност за зареждане.
Недостатъци:
Висока цена (зависи от оскъдни метали като кобалт и никел);
Лоша термична стабилност (лесна за термично бягство, изискваща сложна защита на BMS);
Живот на кратък цикъл (около 1000-2000 пъти).
Приложение: Пътнически автомобили от висок клас (като Tesla и NIO).
2. Литиево желязо фосфатна батерия (LFP)
Катоден материал: литиев железен фосфат.
Предимства:
Висока безопасност (добра стабилност на високата температура, не е лесна за експлодиране);
Живот на дълъг цикъл (3000-5000 пъти);
Ниска цена (без зависимост от ресурсите на кобалт и никел).
Недостатъци:
Ниска енергийна плътност (150-200 wh\/kg);
Лоши нискотемпературни характеристики (-10 градус спада значително);
Платформа с ниско напрежение, повече клетки трябва да бъдат свързани последователно.
Приложение: Електрически превозни средства с нисък клас, търговски превозни средства (като батерии на BYD Blade).
3. Други литиево-йонни батерии
Литиев кобалтов оксид (LCO): висока енергийна плътност, но висока цена и лоша безопасност, използвани най -вече в потребителската електроника.
Литиев манганов оксид (LMO): Ниска цена, добра безопасност, но кратък живот, използван при хибридни модели.
2. Никело-метална хидридна батерия (преходна технология)
Никел-металната хидридна батерия е вторична батерия, която може да се зарежда и изхвърля многократно. Това е нов тип зелена батерия, разработена през 90-те години на миналия век, която да замени традиционните никело-кадмиеви батерии.
Предимства:
Висока безопасност (устойчивост на претоварване\/изпускане);
Добри нискотемпературни характеристики (налични на -30 градус);
Защита на околната среда (без замърсяване на тежки метали).
Недостатъци:
Ниска енергийна плътност (60-120 wh\/kg);
Висока степен на саморазпределяне (около 30% на месец);
Висока цена (съдържаща редки метали).
Приложения: Хибридни превозни средства (като Toyota Prius), железопътен транзит, резервни батерии, умни домове.
3. Оловно-кисела батерия (постепенно елиминирана)
Класификация: Обикновена оловно-кисела батерия, AGM (подобрена).
Предимства:
Изключително ниска цена (зряла технология);
Добри високотехнителни характеристики на изпускане (подходящи за стартиране на захранване).
Недостатъци:
Изключително ниска енергийна плътност (30-50 wh\/kg);
Живот на кратък цикъл (300-500 пъти);
Тежко замърсяване (съдържа олово и сярна киселина).
Приложение: Електрически превозни средства с ниска скорост, батерии за гориво.
4. Батерии с твърдо състояние (бъдеща технология)
Батериите с твърдо състояние могат да бъдат разбрани като батерии с помощта на плътни електролити. Батериите с твърдо състояние са незапалителни, не произвеждат течни електролити и са некорозивни. Следователно те са ефективен начин за решаване на проблеми с безопасността на батерията.
Технически характеристики: Сменете течните електролити с твърди електролити.
Предимства:
Висока теоретична енергийна плътност (400+ wh\/kg);
Значително подобрена безопасност (без изтичане, незапалима);
Живот на дълъг цикъл (до 10, 000 пъти).
Недостатъци:
Изключително висока цена (сложен производствен процес);
Проблеми с импеданса на интерфейса, които трябва да бъдат разрешени;
Все още не е комерсиализирано в голям мащаб.
Напредък: Очаква се Toyota, CATL и други компании да масови производство до 2030 г.
5. Натриево-йонна батерия (възникваща технология)
Предимства:
Богати суровини (широки натриеви ресурси);
Отлични нискотемпературни показатели (80% капацитет при -40 градус);
Ниска цена (30% по -ниска от литиевия железен фосфат).
Недостатъци:
Ниска енергийна плътност (100-160 wh\/kg);
Животът на цикъла трябва да се подобри (в момента около 2, 000 пъти).
Приложения: Съхранение на енергия, електрически превозни средства с ниска скорост (CATL пусна продукти).
6. Горивна клетка (водородна енергия)
Горивната клетка е устройство за генериране на енергия, което директно преобразува водород и кислород с висока чистота в електрическа енергия чрез химични реакции.
Принцип: Генерирайте електричество чрез реакция на водород-кислород, а продуктът е вода.
Предимства:
Изключително висока енергийна плътност (съхранението на водород е 10 пъти по -голямо от тази на литиевите батерии);
Бързо хидрогениране (3-5 минути);
Нулеви емисии.
Недостатъци:
Висока цена (платинен катализатор, технология за съхранение на водород);
Липса на инфраструктура (малко станции за хидрогениране);
Производството на водород разчита на изкопаемата енергия.
Приложение: Търговски превозни средства, тежки камиони (като Toyota Mirai).
Таблица за сравнение на резюме
| Тип батерия | Енергийна плътност | Безопасност | Разходи | Живот | Приложими сценарии |
| Трорна литиева батерия | Високо | Среден | Високо | Среден | Електрически превозни средства от висок клас |
| литиево желязна фосфатна батерия | Среден | Високо | Ниско | Дълго | Превозни средства от среден клас, съхранение на енергия |
| никелова метална хидридна батерия | Ниско | Високо | Средно висок | Среден | Хибридни превозни средства |
| Оловно-кисела батерия | Много ниско | Високо | Много ниско | Кратко | Превозни средства с ниска скорост, начални източници на енергия |
| Изоморфна батерия | Много високо (теоретично) | Много високо | Много високо | Изключително дълго | Бъдещи пълни сценарии |
| натриева йонна батерия | Ниска средна | Високо | Ниско | Среден | Съхранение на енергия, нискотарифни нужди |
| водородна горивна клетка | Много високо | Среден | Много високо | Среден | Търговски превозни средства, транспорт на дълги разстояния |
Тенденции и предизвикателства
Краткосрочен: литиев железен фосфат (намаляване на разходите) и троен литий (дълъг живот на батерията) съществуват;
Средносрочен: Батериите на натриевите йони допълват пазара от нисък клас, а батериите с твърдо състояние постепенно се комерсиализират;
Дългосрочно: Водородни горивни клетки могат да станат основната сила на тежките камиони\/авиацията, но те разчитат на зрелостта на веригата на зелената водородна индустрия.