Внедрение новой энергетической батареи, последний прорыв в технологии автомобильных аккумуляторов

За последние несколько лет, благодаря быстрому росту производства и продаж автомобилей на новой энергии, китайская промышленность по производству аккумуляторных батарей добилась значительных успехов. Основным компонентом транспортного средства на новой энергии является аккумуляторная батарея транспортного средства, которая является источником энергии транспортного средства на новой энергии, которое напрямую определяет запас хода автомобиля.

Трехкомпонентная батарея и литий-железо-фосфатная батарея - главные области применения в легковых и коммерческих автомобилях. В настоящее время аккумулятор для легкового автомобиля в основном состоит из трех элементов, а аккумулятор для коммерческого транспорта - в основном из литиево-железо-фосфатного аккумулятора.

Классификация батарей новой энергии

Во-первых, свинцово-кислотная батарея

Свинцово-кислотные аккумуляторы, являющиеся относительно зрелой технологией, все еще являются единственными аккумуляторами для электромобилей, которые могут производиться серийно из-за их низкой стоимости и высокой скорости разряда. На Олимпийских играх в Пекине было задействовано 20 электромобилей, использующих свинцово-кислотные батареи для оказания транспортных услуг во время Олимпийских игр.

Однако удельная энергия, удельная мощность и удельная энергия свинцово-кислотных аккумуляторов очень низкие, и электромобили, использующие их в качестве источника энергии, не могут иметь хорошую скорость и запас хода.

Во-вторых, никель-кадмиевый аккумулятор и никель-водородный аккумулятор.

Хотя характеристики лучше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, они содержат тяжелые металлы, которые могут вызвать загрязнение окружающей среды после того, как их выбросят.

Никель-водородные аккумуляторы только что вошли в стадию зрелости, и это единственная аккумуляторная система, которая в настоящее время проверена, коммерциализирована и масштабируется в аккумуляторной системе, используемой в гибридных транспортных средствах. Текущая рыночная доля гибридных аккумуляторов составляет 99% никель-водородных аккумуляторов, коммерческим представителем химии является Toyota Prius. В настоящее время основными производителями аккумуляторных батарей для автомобилей в мире, в основном, являются компании PEVE и Sanyo в Японии. PEVE занимает 85% мирового рынка гибридных никель-металлгидридных аккумуляторов для транспортных средств. В настоящее время используются основные коммерческие гибридные автомобили, такие как Toyota Prius, Alphard и EsTIma, а также Honda Civic, Insight и т. Д., Никель-водородные аккумуляторные батареи PEVE. В Китае в демонстрационной эксплуатации участвовали Changan Jiexun, Chery A5, FAW Pentium, General Motors и другие марки автомобилей, они также используют никель-металлогидридные батареи, но батарея в основном закупается за рубежом, отечественная никель-водородная батарея в автомобиль все еще находится на стадии согласования НИОКР.

В-третьих, литиевая батарея

Традиционные свинцово-кислотные батареи, никель-кадмиевые и никель-водородные батареи относительно развиты в своей собственной технологии, но они используются в качестве силовых батарей в автомобилях. В настоящее время все больше и больше производителей автомобилей предпочитают использовать литиевые батареи в качестве аккумуляторных батарей для транспортных средств на новой энергии.

Потому что литий-ионный аккумулятор имеет следующие преимущества: высокое рабочее напряжение (в три раза больше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, водородно-никелевых аккумуляторов); большая удельная энергия (до 165Вт / кг, что в 3 раза больше, чем у водородно-никелевой батареи); маленький размер; легкий вес Длительный срок службы; низкая скорость саморазряда; нет эффекта памяти; нет загрязнения.

Многие известные автопроизводители в настоящее время разрабатывают автомобили с литиевыми батареями, такие как Ford, Chrysler, Toyota, Mitsubishi, Nissan, Hyundai, Courreges и Ventury. Отечественные автопроизводители, такие как BYD, Geely, Chery, Lifan и ZTE, также оснащены силовыми литиевыми батареями в своих гибридных и чисто электрических транспортных средствах.

Узким местом, которое в настоящее время препятствует разработке силовых литий-ионных аккумуляторов, являются: характеристики безопасности и системы управления автомобильными силовыми аккумуляторами. С точки зрения безопасности литий-ионный аккумулятор имеет высокую плотность энергии, высокую рабочую температуру и суровые условия труда, а также концепцию безопасности, ориентированную на людей. Поэтому у пользователей очень высокие требования к безопасности батарей. В системе управления автомобильной аккумуляторной батареей, поскольку рабочее напряжение автомобильной аккумуляторной батареи составляет 12 В или 24 В, а рабочее напряжение одной литий-ионной аккумуляторной батареи составляет 3,7 В, необходимо увеличить напряжение путем подключения нескольких аккумуляторов последовательно, но сложно реализовать аккумулятор. Полностью равномерная зарядка и разрядка, что приводит к тому, что одна батарея в серии аккумуляторных блоков заряжается и разряжается несбалансированно, батарея будет недозаряжена и чрезмерно разряжена, и эта ситуация приведет к резкому ухудшению характеристик батареи и, в конечном итоге, в результате батарея полностью не работает или даже выбрасывается, что сильно влияет на срок службы и надежность батареи.

В-четвертых, литий-железо-фосфатная батарея

Литий-железо-фосфатная батарея также является своего рода литиевой батареей, которая имеет менее половины энергии, чем литий-кобальтооксидная батарея, но ее безопасность высока, количество циклов может достигать 2000 раз, разрядка стабильна, а цена дешевая. , который становится новым выбором для мощности автомобиля.

«Железная батарея» BYD, промышленность полагает, что это, скорее всего, будет литий-железо-фосфатная батарея.

В-пятых, топливный элемент

Вкратце, топливный элемент - это устройство для выработки энергии, которое напрямую преобразует химическую энергию, присутствующую в топливе и окислителе, в электрическую энергию. Топливо и воздух подаются в топливный элемент отдельно, и электричество вырабатывается чудесным образом. Он выглядит как положительный и отрицательный электрод и электролит, как батарея, но на самом деле он не может «хранить электричество», а является «электростанцией».

Наиболее перспективным для автомобилей является топливный элемент с протонообменной мембраной. Его принцип работы: отправляя водород к отрицательному электроду, под действием катализатора (платины) два электрона в атоме водорода разделяются. Под притяжением положительного электрода два электрона вырабатывают электричество через внешнюю цепь, и электроны теряют электроны. Ионы (протоны) могут проходить через протонообменную мембрану (т.е. твердый электролит), рекомбинируя с атомами кислорода и электронами в воду на положительном электроде. Поскольку кислород может быть получен из воздуха, до тех пор, пока водород непрерывно подается на отрицательный электрод, а вода (пар) отводится вовремя, топливный элемент может непрерывно подавать электрическую энергию.

Поскольку топливный элемент напрямую преобразует химическую энергию топлива в электрическую, не проходя через процесс сгорания, он не ограничивается циклом Карно. В настоящее время эффективность преобразования топливной энергии в электрическую энергию системы топливных элементов составляет от 45% до 60%, в то время как эффективность производства тепловой энергии и ядерной энергетики составляет примерно от 30% до 40%.

Новый прорыв в области аккумуляторных батарей для автомобилей

« В прошлом году индустрия электромобилей трансформируется в качественное развитие, и ситуация очень радует». 7 января, накануне форума China Diaoyutai, председатель Китайской ассоциации электромобилей, в которую входят 100 членов, Цинтай Чен принял, как заявил в интервью репортер 21 Century Economic Report.

Основными показателями трансформации высококачественного развития являются: позитивное развитие почти полностью заменило обратное развитие, инновационные возможности продолжали улучшаться, а общий технический уровень достиг большого шага; принятие электромобилей среди пользователей и рынок быстро вырос; Основные продукты От среднего и недорогого до среднего и высокого класса, некоторые уже предложили ориентироваться на автомобили высокого класса и люксовые бренды.

В то же время, когда крупнейшие автомобильные компании мира изо всех сил пытаются объявить о переходе на электромобили, промышленная система электромобилей в Китае постепенно улучшается. Основные компоненты, особенно аккумуляторные батареи, всегда поддерживали уровень мирового класса, а основные компоненты и поддерживающие возможности быстро улучшались.

Экономичный супертопливный автомобиль

В 2017 году совокупные продажи автомобилей на новых источниках энергии в Китае с января по ноябрь составили 609000 единиц, что на 51,4% больше, чем в годовом исчислении, а годовая цель производства 700000 автомобилей была всего в одном шаге. Некоторые эксперты прогнозируют, что данные о продажах за декабрь еще не опубликованы, но общий объем продаж автомобилей на новой энергии в 2017 году может превысить 800000.

«Электромобили будут продвигаться к критической точке, то есть экономичность электромобилей достигнет и превысит показатели транспортных средств, работающих на топливе. Если это препятствие будет преодолено, электромобили смогут развиваться независимо, основываясь на рыночных силах. Теперь это зависит от политики. Цинтай Чен сообщил журналистам, что после полной отмены финансовых субсидий, политики двойного пункта в качестве альтернативной политики, доля транспортных средств на новых источниках энергии будет продолжать увеличиваться на основе 12% в 2020 году.

Когда появится этот порог? Цинтай Чен вынесет приговор примерно к 2025 году.

В связи с этим Цинтай Чен предложил автомобильным компаниям быть готовыми в следующих аспектах: во-первых, после того, как финансовые субсидии утихнут, они сделают хорошую работу по обеспечению устойчивого развития. Кроме того, сами электромобили должны улучшить свои рентабельность за счет легкого веса и энергосбережения. Во-вторых, технология продукта требует двухстрочных операций. Одна из первоочередных задач - улучшить ходовые качества автомобиля. Другой - применить интеллектуальное сетевое соединение и совместное использование транспортных средств на новой энергии. В-третьих, автоматическое вождение - это командная высота будущего. В-четвертых, мы должны уделять пристальное внимание построению бренда в ограниченное время.

В то же время, благодаря глубокой интеграции автомобильной промышленности с новыми технологиями, такими как электрификация, разведка и информационные технологии, в Китае появилось большое количество новых энергетических компаний. От следования к влиянию на мир автомобильная промышленность Китая сходит с пути от большой автомобильной страны к сильной автомобильной стране.

«Чтобы по-настоящему выйти на мировую арену в области электромобилей или создать свои собственные уникальные особенности, невозможно полностью полагаться на электромобили, и трудно добиться большего, чем традиционные автомобили. Однако, если мы сможем приложить усилия в таком таких аспектов, как подключение к сети, интеллект и совместное путешествие, мы сможем преодолеть это, потому что в этом наша сила. Я очень надеюсь, что интернет-компании войдут в индустрию электромобилей в больших масштабах и поделятся этим пирогом, чтобы изменить ген традиционные автомобили », - сказал Чэнь Цинтай.

Тем не менее, Минггао Оуян, исполнительный вице-президент China Electric Vehicles 100, подчеркнул, что, хотя основная технология электромобилей - это обычно аккумулятор, двигатель и электронное управление для OEM-производителей. Они больше связаны с интеграцией бренда, технологий и маркетинговых услуг.

По сравнению с традиционными автомобилями это особенно заметно в электромобилях, и разрыв между китайскими и зарубежными автопроизводителями больше проявляется в общем энергопотреблении. «Новое поколение ветра Nissan в европейских условиях работы, 40-градусный электрический пробег более 300 километров, даже в японских условиях работы может работать до 400 километров, разрыв между нашими национальными автомобильными компаниями и ими относительно велик». Мингао Оуян Скажите репортеру.

Power Battery - это большой прорыв в области энергетики

Мингао Оуян также сказал, что в 2017 году технология аккумуляторных батарей в Китае достигла значительного прогресса, плотность энергии системы аккумуляторных батарей достигла 150 ватт-часов / кг или более, литий-ионные аккумуляторные батареи, чем энергия, как ожидается, достигнет 300 Вт. к 2020 г. Целевое время / кг.

1 марта 2017 года Министерство промышленности и информационных технологий, Национальная комиссия по развитию и реформе, Министерство науки и технологий и Министерство финансов опубликовали «План действий по содействию развитию индустрии автомобильных аккумуляторов» (далее называемый «Планом действий»), в котором предложена основная цель разработки аккумуляторных батарей до 2020 года. В этом году удельная энергия новой литий-ионной аккумуляторной батареи превышает 300 Вт · ч / кг; удельная энергия системы стремится достичь 260 ватт-часов / кг, стоимость снижена до менее 1 юаня / ватт-час, а рабочая среда составляет от -30 ° C до 55 ° C с возможностью зарядки 3C. К 2025 году в технологии батарей питания новой системы произошел прорыв, с удельной энергией мономера 500 ватт-часов / кг.

«В настоящее время технологические исследования и разработки в стране и за рубежом в основном находятся на одном уровне, но в основе литий-ионных аккумуляторов лежит безопасность». Мингао Оуян сказал, что в специальных исследованиях транспортных средств на новой энергии, Ningde Times New Energy, Tianjin Lishen, Hefei Guoxuan добились большего технологического прорыва.

Понятно, что плотность энергии элементов аккумуляторной батареи в эпоху Ниндэ достигла 304 ватт-часов / кг, срок службы в основном составляет около 1000 раз, и все испытания на безопасность пройдены; Кроме того, продолжительность цикла и плотность энергии команды Lishen и Guoxuan отличаются от целевых требований.

Однако развитие технологии аккумуляторных батарей в Китае не сбалансировано. Мингао Оуян сказал репортерам, что текущие исследования аккумуляторных батарей в Китае можно резюмировать по четырем аспектам: во-первых, удельная энергия 300 ватт-час / кг мономера может быть индустриализирована в 2020 году, но безопасность должна быть усилена. Два новых типа мишеней, литий-серные и литий-воздушные батареи, в настоящее время развиваются относительно медленно как дома, так и за рубежом. В 2017 году не произошло никаких прорывов. В-третьих, индустриализация твердотельных батарей продолжает набирать обороты, но интерфейс твердотельный / твердотельный остается стабильным. Ограничение двух проблем, связанных с возможностью зарядки металлического и литиевого анода, настоящая полностью твердотельная батарея с литий-металлическим анодом еще не созрела, но литий-ионная батарея с неорганическим сульфидом в качестве твердого электролита совершила прорыв; четвертый - китайский анод большой емкости с высоким содержанием лития. Что касается материалов, то в 2017 году были сделаны некоторые прорывы. Инновационная литий-ионная батарея на основе богатого литием положительного электрода и кремниево-углеродного отрицательного электрода большой емкости более осуществима, чем литий-серные и литий-воздушные батареи.

Согласно этому заключению, в 2020 году удельная энергия элементов аккумуляторной батареи Китая достигнет 300 ватт-часов / кг, удельная мощность достигнет 1000 ватт-часов / кг, цикл будет более 1000 раз, а стоимость будет быть менее 0,8 юаней / ватт-час; 2020-2025, мощность Плотность энергии аккумуляторных элементов может быть увеличена с 300 ватт-часов / кг до 400 ватт-часов / кг, а стоимость ватт-часа снижена с 0,8 юаней до менее 0,6 юаней.

«В 2025 году разумный пробег чистого электромобиля с общим соотношением цена / качество составляет 300-400 км. Но в 2030 году самый большой технологический прорыв будет отражен в электролите. , а аккумуляторная батарея, как ожидается, достигнет 500 ватт-часов / кг. В 2030 году у традиционной экономичной модели запас хода должен достигнуть более 500 километров ». Сказал Мин Гао Оуян.

Последний прорыв в технологии автомобильных аккумуляторов

Не так давно американский автомобиль Fisker выдал патент, новость вызвала всеобщее внимание. Компания разработала твердотельный аккумулятор, который может увеличить время автономной работы электромобиля до 804 км всего за 1 минуту зарядки. В 2020 году стоимость материалов и технологий производства снизила стоимость обычных литиевых батарей до одной трети.

Твердотельные батареи попали в поле зрения большинства людей. Фактически, они такие же, как нынешние жидкие литиевые батареи. Самая большая разница заключается в том, что электролит становится твердым, а больше заряженных ионов концентрируется за счет плотности и структурных преимуществ. С одной стороны, он может проводить больше тока, и емкость аккумулятора значительно увеличивается.

Наиболее заметными особенностями твердотельных батарей являются две. Один из них - высокая плотность энергии. Многие лаборатории уже достигли уровня 300-400 Втч / кг, что в 2,5-3 раза больше, чем у традиционных литиевых батарей. Кроме того, он более безопасен и устранен. Опасность ожога, вызванная несчастными случаями, например, трещинами или высокими температурами.

Конечно, твердотельные батареи также имеют недостатки, то есть общая проводимость невысока, внутреннее сопротивление велико, а скорость зарядки мала. Что касается того, как американский автомобиль Fisker может заряжаться за 1 минуту и продержаться 800 километров, это его главный секрет.

В целом, если твердотельные батареи могут стать действительно недорогими промышленными и ориентированными на рынок, это полностью решит основную проблему нынешней популярности электромобилей, а транспортные средства на новой энергии действительно убьют автомобили с бензиновым двигателем.

Страница содержит содержимое машинного перевода.