Liti-ion là gì?

Phần "ion -lithium" chỉ có nghĩa là chúng ta đang di chuyển các ion lithium xung quanh thay vì các ion chì (pin axit chì-) hoặc ion niken (pin NiMH). Lithium nhẹ hơn và chứa nhiều năng lượng hơn trên mỗi gam. Lý do vật lý.

Đơn giản phải không? Ngoại trừ việc không có gì về những loại pin này thực sự đơn giản một khi bạn bắt đầu tìm hiểu chi tiết, điều mà tôi sắp làm vì tôi không thể tự giúp mình.

Nguyên tố số 3. Hydro, heli, lithium. Đó là mệnh lệnh. Nguyên tử siêu nhỏ vì nó chỉ có 3 proton.

Và đây là vấn đề về lithium - nó THỰC SỰ muốn loại bỏ electron bên ngoài của nó. Giống như rất muốn. Nó không ổn định theo cách đó. Bạn có biết những video người ta ném natri vào nước và nó sủi bọt và bốc cháy không? Lithium làm được điều đó nhưng HƠN NỮA. Tôi đã chứng kiến ai đó thả một khối kim loại lithium vào xô nước trong một cuộc trình diễn an toàn vào năm 2011 (hoặc 2012?) và thực sự là nó phản ứng nhanh đến mức đáng sợ. Cái xô tan chảy.

Đợi đã, cái xô không tan chảy. Nước sôi và lithium bốc cháy trên bề mặt. Cái xô vẫn ổn. Trí nhớ của tôi thật tồi tệ.

Dù sao thì điểm là: kim loại lithium nguyên chất rất nguy hiểm. Đó là lý do tại sao pin lithium{1}}ion hiện đại không sử dụng kim loại lithium nguyên chất - mà chúng sử dụng lithium ION. Lithium đã bị oxy hóa. Dạng Li+. Cách ổn định hơn.

Điện áp bạn nhận được là khoảng 3,6-3,7V trên mỗi tế bào, mức khá. Tốt hơn kiềm (1,5V) hoặc NiMH (1,2V). Có nghĩa là bạn cần ít tế bào hơn để đạt được điện áp mục tiêu. Đó là lý do tại sao pin laptop của bạn có 6 cell thay vì 15 cell.

Ngoài ra - và lẽ ra tôi nên đề cập đến - lithium đầu tiên này là ÁNH SÁNG. Yếu tố nhẹ thứ ba. Vì vậy, bạn có được mật độ năng lượng cao mà không có trọng lượng quá lớn. Đó là lý do tại sao xe điện sử dụng ion lithium-chứ không phải axit chì{6}}. Pin axit chì-có cùng năng lượng sẽ nặng gấp 5-6 lần theo đúng nghĩa đen. Tesla của bạn sẽ cần một chiếc xe nâng để thay pin.

lithium-ion

Anode (cực âm):

Thường là than chì. Vâng, những thứ tương tự như trong bút chì, ngoại trừ cách tinh khiết hơn và được xử lý khác nhau.

Than chì có cấu trúc tinh thể phân lớp này - hãy tưởng tượng một bộ bài ở cấp độ nguyên tử. Các lớp được giữ lại với nhau bởi lực van der Waals yếu (hóa học ở trường trung học quay trở lại ám ảnh bạn). Các ion lithium có thể trượt giữa các lớp này và chỉ... lơ lửng ở đó. Thuật ngữ kỹ thuật là "xen kẽ" nhưng tôi nghĩ nó giống như việc đỗ xe trong một gara nhiều tầng.

Công suất tối đa theo lý thuyết là 372 milliamp-giờ mỗi gam. -Trong thế giới thực, bạn sẽ nhận được 340-360 mAh/g nếu quá trình sản xuất không thành công. Tôi đã thấy pin của một số nhà sản xuất Trung Quốc gần như không thể đạt tới 310 mAh/g. Sẽ không đặt tên nhưng nếu bạn sắp xếp lại các chữ cái trong "BYD" bạn sẽ có... được rồi, tôi đang đặt tên. Những tế bào ban đầu của họ rất thô ráp. Tuy nhiên, họ đã tiến bộ hơn rất nhiều kể từ năm 2018.

Bây giờ mọi người vẫn tiếp tục nói về cực dương silicon vì về mặt lý thuyết, silicon có thể chứa nhiều lithium hơn than chì gấp 10 lần. Nghe có vẻ tuyệt vời phải không? Dung lượng lý thuyết 3700+ mAh/g.

Vấn đề - và đây là vấn đề "gần như đã được giải quyết" kể từ khi tôi bắt đầu làm việc trong ngành này - là silicon giãn nở khoảng 300% khi bạn dán nó. Các hạt theo nghĩa đen nứt ra. Hãy tưởng tượng thổi phồng một quả bóng bay bên trong một khối bê tông. Bê tông không uốn cong, nó chỉ bị vỡ.

Tesla hiện sử dụng một số silicon, trộn với than chì. Có lẽ 5-10% silicon? Tôi nghe nói là 8% nhưng có thể tôi đã nhầm. Vấn đề là đó là một lượng nhỏ. Cực dương silicon nguyên chất vẫn chưa sẵn sàng bất chấp những gì mà mọi công ty khởi nghiệp đều tuyên bố.

Cathode (cực dương):

Ôi chàng trai. Đây là lúc mọi chuyện trở nên lộn xộn vì có 6 loại hóa chất catốt khác nhau và mọi người đều có ý kiến về loại nào là tốt nhất và tất cả đều sai vì nó phụ thuộc vào ứng dụng của bạn.

Sản phẩm đầu tiên của Sony vào năm 1991 là lithium coban oxit - LiCoO₂. Chúng tôi gọi tắt là "LCO". Mật độ năng lượng khá tốt - 150-200 mAh/g tùy thuộc vào người tạo ra nó. Nhưng độ ổn định nhiệt là khủng khiếp. Nếu bạn sạc quá mức hoặc để nó quá nóng, cấu trúc tinh thể sẽ giải phóng oxy. Oxy + chất điện phân hữu cơ + nhiệt=ngày tồi tệ. Tuy nhiên, điện thoại của bạn có thể sử dụng LCO vì điện thoại không cần tuổi thọ 10 năm và bạn không sạc nhanh chúng ở nhiệt độ 10C.

Sau đó là oxit coban mangan niken NMC -. Đây là thứ mà hầu hết các xe điện hiện nay đều sử dụng. Tỷ lệ niken, mangan và coban liên tục thay đổi. Bắt đầu là 1:1:1 (các phần bằng nhau). Sau đó các nhà sản xuất chuyển sang tỷ lệ 5:3:2. Sau đó là 6:2:2. Hiện tại, chúng tôi đang ở mức 8:1:1 hoặc thậm chí là 9:0,5:0,5 ở một số ô{20}}cao cấp.

Tại sao phải thay đổi? Coban đắt tiền. Giống như thực sự đắt tiền. Ngoài ra, hầu hết coban đều đến từ DRC (Cộng hòa Dân chủ Congo) và tình hình khai thác ở đó rất... phức tạp. Lao động trẻ em, điều kiện không an toàn, toàn bộ tình trạng lộn xộn. Vì vậy mọi người đang cố gắng sử dụng ít coban hơn.

Nhiều niken hơn=công suất lớn hơn nhưng độ ổn định nhiệt kém hơn. Nhiều mangan hơn=rẻ hơn và ổn định hơn nhưng công suất ít hơn. Nhiều coban hơn=ổn định hơn và vòng đời tốt hơn nhưng $$$ và các vấn đề về đạo đức.

Đó luôn là sự đánh đổi-. Luôn luôn. Tôi đã tranh luận rất nhiều với các nhà quản lý sản phẩm về vấn đề này. Họ muốn mật độ năng lượng cao VÀ vòng đời dài VÀ chi phí thấp VÀ an toàn tốt. Bạn có thể chọn hai. Có lẽ.

Ngoài ra còn có nhôm coban niken NCA -. Tesla đã sử dụng tính năng này trong nhiều năm trong các gói-tầm xa của họ. Panasonic đã sản xuất chúng tại nhà máy gigafactory ở Nevada. Tôi đã từng đi tham quan một nhà máy sản xuất pin khác - không phải nhà máy đó mà là cơ sở của đối thủ cạnh tranh - và chỉ riêng phòng khô đã khiến tôi phát điên. Hệ thống xử lý không khí có thể tốn $50+ triệu đô la. Mọi thứ phải ở điểm sương dưới -40 độ nếu không muối điện phân sẽ hấp thụ độ ẩm và tạo ra axit hydrofluoric. HF sẽ ăn qua bất cứ thứ gì. Thủy tinh, kim loại, xương. Thứ khó chịu.

Oh và LFP - lithium sắt photphat. Cái này đang trở lại. Nó an toàn hơn, rẻ hơn trên mỗi kWh và có tuổi thọ lâu hơn. Tôi đã nghe nói về các tế bào LFP thực hiện chu kỳ 5000+ tới 80% công suất. Thậm chí có thể là 6000. Nhược điểm là mật độ năng lượng thấp hơn - chỉ như 120-140 mAh/g so với 180-200 của NMC.

Tesla bắt đầu đưa LFP vào những chiếc Model 3 Phạm vi Tiêu chuẩn của họ vào khoảng năm 2021. Thị trường Trung Quốc đã có chúng trước tiên. Có ý nghĩa - CATL là nhà sản xuất LFP lớn nhất và họ ở Trung Quốc.

Một số người phàn nàn về việc mất phạm vi LFP khi thời tiết lạnh. Nó tệ hơn NMC. Tuy nhiên, pin rẻ hơn và có tuổi thọ cao hơn nên đối với nhiều ứng dụng, điều này đáng đánh đổi-. Tôi sẽ mua gói LFP cho xe thành phố. Đối với một chiếc tàu tuần dương đường cao tốc tầm xa có thể là không.

Chất điện giải:

Đây là chất lỏng ở giữa. Nó dẫn điện chứ không dẫn điện, điều này rất quan trọng vì nếu nó dẫn điện thì bạn sẽ bị đoản mạch.

Thông thường đó là lithium hexafluorophosphate - LiPF₆ - hòa tan trong dung môi hữu cơ. Các dung môi thường là hỗn hợp của ethylene cacbonat (EC) và dimethyl cacbonat (DMC) hoặc diethyl cacbonat (DEC).

Đây là một chi tiết kỳ lạ: EC rắn ở nhiệt độ phòng. Điểm nóng chảy là khoảng 36 độ. Vì vậy EC nguyên chất sẽ đóng băng vào mùa đông. Đó là lý do tại sao bạn trộn nó với DMC hoặc DEC có chất lỏng ở mức -70 độ hoặc tương tự. Hỗn hợp vẫn ở dạng lỏng trong điều kiện hợp lý.

Ngoài ra cacbonat hữu cơ là chất dễ cháy. Không phải mức xăng-dễ cháy nhưng chắc chắn là dễ cháy. Tôi đã từng xem một cuộc thử nghiệm xuyên qua chiếc đinh trong đó chúng tôi cố tình đóng một chiếc đinh xuyên qua một tế bào đã được sạc đầy. Đầu tiên nó thoát ra khí gas - phát ra tiếng bốp - sau đó ngọn lửa bắn ra từ lỗ thông hơi. Cao tới gần 2 mét. Toàn bộ tế bào có thể lên tới 800 độ dựa trên cảnh quay của camera nhiệt.

Đó là một cuộc thử nghiệm có kiểm soát với hệ thống chữa cháy và mọi thứ. Tuy nhiên vẫn đáng sợ.

Muối LiPF₆ có khả năng hút ẩm cực tốt. Yêu nước. Nếu bị ướt nó sẽ thủy phân thành HF. Đó là lý do tại sao việc sản xuất pin diễn ra trong những căn phòng cực kỳ khô ráo. Tôi đang nói điểm sương từ -40 độ trở xuống. Hệ thống hút ẩm thường là một trong những thiết bị tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong nhà máy sản xuất tế bào.

Tôi đã đến thăm một cơ sở một lần, nơi căn phòng khô đến mức khó thở. Mũi của bạn sẽ khô trong vòng vài phút. Mọi người làm việc ở đó đều phải xịt nước muối liên tục. Không phải là một môi trường làm việc dễ chịu.

Dấu phân cách:

Thành phần bị lãng quên Nó chỉ là một màng polymer mỏng nhưng nó rất quan trọng.

Thường là polypropylen (PP) hoặc polyetylen (PE). Đôi khi là ba lớp với PP{1}}PE-PP. Độ dày thường là 20-25 micron. Đó là mỏng. Mỏng hơn tóc người (70-100 micron).

Nó có các lỗ cực nhỏ - như đường kính 100 nanomet - cho phép các ion đi qua nhưng chặn các electron. Ngoài ra, nó giữ cho cực dương và cực âm được tách biệt về mặt vật lý. Nếu họ chạm vào=chập mạch=điều tồi tệ sẽ xảy ra nhanh chóng.

Bạn còn nhớ vụ cháy nổ của Samsung Galaxy Note 7 không? 2016. Điều đó một phần là do dải phân cách bị hư hỏng. Samsung thiết kế pin quá mạnh tay. Quá mỏng, đóng gói quá chặt, không có khả năng giãn nở. Một số ô có dải phân cách được ép quá mạnh ở một góc. Điểm yếu phát triển. Cuối cùng có một lỗ kim. Nội bộ ngắn. Chạy trốn nhiệt. Ngọn lửa.

Họ thu hồi 2,5 triệu điện thoại. Bị cấm lên máy bay. Tiêu tốn hàng tỷ USD của Samsung. Tất cả chỉ vì một miếng nhựa mỏng hơn giấy.

Tôi có ý kiến về thiết kế pin tích cực. Các nhà sản xuất tiếp tục đẩy mạnh việc mỏng hơn và nhẹ hơn để đánh bại đối thủ. Nhưng có một giới hạn. Vật lý không quan tâm đến lịch ra mắt sản phẩm của bạn.

Sạc:

Bạn cắm điện thoại của bạn. Bộ sạc buộc các electron vào cực dương và kéo chúng ra khỏi cực âm. Điều này làm cho cực âm giải phóng các ion lithium. Các ion di chuyển qua chất điện phân đến cực dương. Chúng được xen kẽ vào cấu trúc than chì.

Hãy nghĩ về nó giống như nén một lò xo. Các ion lithium không muốn ở cực dương một cách tự nhiên - chúng ổn định hơn ở cực âm. Nhưng bạn đang buộc chúng phải ở đó bằng cách tạo ra điện áp. Năng lượng được lưu trữ.

Xả:

Bạn rút phích cắm và sử dụng điện thoại của bạn. Mùa xuân thả ra. Các ion lithium chảy trở lại cực âm thông qua chất điện phân. Các electron chạy qua mạch điện thoại của bạn từ cực dương đến cực âm. Dòng điện tử đó cung cấp năng lượng cho thiết bị của bạn.

Điện áp phụ thuộc vào tính chất hóa học và trạng thái tích điện. Đối với NMC hoặc NCA:

Đã sạc đầy: ~4.2V

Danh nghĩa: ~3,7V

Xả hết: ~3.0V

Đừng xuống dưới 3.0V nếu không bạn sẽ bắt đầu mạ kim loại lithium, điều này rất nguy hiểm. Đừng vượt quá 4.2V, nếu không bạn có nguy cơ thoát nhiệt. Đó là lý do tại sao hệ thống quản lý pin (BMS) tồn tại. Họ theo dõi điện áp, nhiệt độ và dòng điện và tắt mọi thứ nếu có điều gì không ổn.

Thiết kế BMS tốt là khó. Thực sự khó khăn. Bạn cần thời gian phản hồi nhanh, cảm biến chính xác, kiểm tra an toàn dự phòng. BMS giá rẻ là một trong những cách nhanh nhất để biến một cục pin tốt thành nguy cơ hỏa hoạn.

lithium-ion

Vấn đề 1: Suy thoái là điều tất yếu

Mỗi chu kỳ sạc{0}}xả đều làm hỏng pin. Không thể tránh khỏi. Nhiệt động lực học.

Có một thứ được gọi là lớp SEI - xen kẽ chất điện phân rắn - hình thành trên bề mặt cực dương. Nó thực sự cần thiết để pin hoạt động. Nhưng nó vẫn tiếp tục phát triển theo thời gian và tiêu thụ lithium hoạt tính. Sau 500 chu kỳ, bạn có thể còn lại 90% dung lượng. Sau 1000 có thể là 80%. Sau năm 2000... còn tùy.

Tôi có một chiếc MacBook từ năm 2015 vẫn hiển thị tình trạng pin 78%. Tuy nhiên, tôi yêu nó - hiếm khi để pin xuống dưới 40%, hãy cắm điện khi có thể, không bao giờ sạc pin trong ô tô nóng. Vợ tôi có một chiếc MacBook 2018 còn 62% sức khỏe vì cô ấy chạy rất nhiều. Chu kỳ đầy đủ hàng ngày, để sạc qua đêm, sử dụng trên đùi khi trời nóng. Cách bạn xử lý pin rất quan trọng.

Cực âm cũng bị suy giảm. NMC-niken cao đặc biệt xấu. Trên 4,3V, bề mặt cực âm bắt đầu phản ứng với chất điện phân. Các ion kim loại chuyển tiếp (niken, mangan, coban) có thể hòa tan và di chuyển đến cực dương, nơi chúng làm rối loạn SEI. Ngoài ra còn có một thứ gọi là mật độ cực âm, trong đó cấu trúc tinh thể từ từ nén lại và mất đi độ xốp.

Thực sự không thể ngăn chặn điều này. Đó chỉ là hóa học. Entropy luôn thắng.

Vấn đề 2: Nhiệt độ phá hủy mọi thứ

Dưới 0 độ chất điện phân sền sệt như mật ong lạnh. Sự vận chuyển ion chậm lại. Bạn có thể mất 20-30% công suất ở -10 độ . Tệ hơn nữa, nếu bạn cố sạc nhanh pin đang nguội, bạn sẽ mạ lithium kim loại lên cực dương thay vì xen kẽ nó. Điều đó tạo ra các sợi nhánh - cấu trúc hình kim của kim loại lithium có thể phát triển và cuối cùng xuyên qua dải phân cách. Nội bộ ngắn. Ngọn lửa.

Trên 40-45 độ, tất cả các phản ứng phân hủy đều tăng tốc. Nguyên tắc chung: cứ tăng 10 độ thì tốc độ phản ứng sẽ tăng gấp đôi. Vì vậy, pin ở 45 độ sẽ xuống cấp nhanh hơn khoảng 4 lần so với ở 25 độ.

Tôi sống ở Texas. Nhiệt độ mùa hè đạt 100 độ F+ (38 độ +). Tôi đã thấy pin EV mất 15% công suất trong 3 năm chỉ do tiếp xúc với nhiệt. Trong khi đó, xe điện ở Minnesota hầu như không xuống cấp vào mùa hè - nhưng mất tầm hoạt động vào mùa đông do giá lạnh. Không thể thắng được.

Nhiệt độ hoạt động lý tưởng là 20-25 độ. Chúc may mắn duy trì điều đó trong thế giới thực.

Vấn đề 3: Sạc nhanh vốn đã có vấn đề

Mọi người đều muốn sạc xe điện trong 10- phút như ở trạm xăng. Nhưng truyền năng lượng lớn qua pin sẽ tạo ra nhiệt. Tổn thất I2R - điện trở nhân bình phương hiện tại. Điện trở nhỏ nhưng không bằng không. Ở mức sạc 250kW, bạn đang tạo ra lượng nhiệt đáng kể.

Ngoài ra, việc sạc nhanh sẽ tạo áp lực lên vật liệu điện cực một cách cơ học. Buộc các ion di chuyển nhanh qua cấu trúc. Có thể gây nứt và gãy hạt theo thời gian.

Bộ siêu tăng áp Tesla (V3) có thể đạt công suất cực đại 250kW. Nhưng chúng giảm dần nhanh chóng. Có thể là 250kW trong 5 phút, rồi 150kW, rồi 100kW, rồi 50kW. Đó chính là BMS bảo vệ tế bào.

Các hệ thống 800V mới hơn của Porsche và Hyundai có thể đạt công suất 350kW. Nhưng chỉ trong thời gian ngắn thôi. Vật lý là vật lý.

Có nghiên cứu về thiết kế điện cực được tối ưu hóa-sạc-nhanh. Điện cực mỏng hơn, hạt nhỏ hơn, lớp phủ tốt hơn. Nó giúp ích. Nhưng bạn không thể gian lận nhiệt động lực học.

Vấn đề 4: Lửa

Pin lithium{0}}ion không thường xuyên bắt lửa. Ít hơn nhiều so với xe chạy xăng. Nhưng khi họ làm điều đó thật kịch tính.

Chạy trốn nhiệt. Khi tế bào đạt đến nhiệt độ tới hạn - sẽ thay đổi tùy theo thành phần hóa học, có thể là 150-200 độ - các phản ứng tỏa nhiệt bắt đầu. SEI phân hủy. Chất phân cách tan chảy. Chất điện phân sôi. Catot giải phóng oxy. Mỗi phản ứng tạo ra nhiệt gây ra nhiều phản ứng hơn. Vòng phản hồi tích cực.

Bạn không thể dập tắt nó bằng nước như lửa thông thường. Ý tôi là bạn có thể đổ nước lên nó để làm mát nó nhưng tế bào vẫn tiếp tục tạo ra nhiệt bên trong. Sở cứu hỏa ghét cháy xe điện. Mất hàng giờ để đưa ra. Có thể kích hoạt lại sau này.

Tuy nhiên, các tế bào hiện đại có các tính năng an toàn. Dải phân cách tắt máy đóng lại khi nóng lên. Lỗ thông hơi áp suất. Ngắt hiện tại. Cầu chì nhiệt. Ngoài ra BMS còn theo dõi mọi thứ.

Tuy nhiên đôi khi vẫn xảy ra. Luôn đưa tin tức mặc dù về mặt thống kê, xe điện an toàn hơn xe xăng. Vấn đề PR.

Vấn đề 5: Đạo đức Cobalt

70% coban đến từ DRC. Rất nhiều trong số đó đến từ các mỏ thủ công với điều kiện làm việc tồi tệ. Báo cáo lao động trẻ em. Thiệt hại về môi trường. Đó là một mớ hỗn độn.

Mọi người đang cố gắng sử dụng ít coban hơn. NMC-niken cao sử dụng rất ít. LFP sử dụng số không. Nhưng coban có tác dụng ổn định cấu trúc cực âm. Không có nó, bạn cần quản lý nhiệt tốt hơn và giới hạn điện áp chặt chẽ hơn.

Giá coban cũng điên rồ. Dưới $30k/tấn vào năm 2016. Tăng vọt lên $90k+ vào năm 2018. Giảm xuống còn $25k/tấn vào năm 2020. Hiện tại là khoảng $35k/tấn. Bạn lập kế hoạch sản xuất như thế nào khi chi phí nguyên liệu thô biến động gấp 3 lần?

Vấn đề 6: Sự hỗn loạn của chuỗi cung ứng

Giá lithium hoàn toàn tăng vọt vào năm 2021-2022. $6k/tấn vào năm 2020. Đạt đỉnh khoảng $80k/tấn vào cuối năm 2022. Giảm xuống còn $12k/tấn vào năm 2024. Hiện tại là khoảng $15k/tấn vào năm 2025.

Hầu hết lithium đến từ Úc (khai thác đá cứng) hoặc Nam Mỹ (khai thác nước muối từ các bãi muối ở Chile/Argentina/Bolivia - "tam giác lithium"). Nhưng hầu hết quá trình xử lý đều diễn ra ở Trung Quốc. Giống như 75% công suất tinh chế lithium toàn cầu.

Trung Quốc cũng kiểm soát việc sản xuất pin - 75% sản lượng pin toàn cầu. Và 90% vật liệu làm cực dương (gia công than chì).

Đây là lý do Mỹ và châu Âu đua nhau xây dựng chuỗi cung ứng nội địa. Nhưng nó chậm. Phải mất nhiều năm để xây dựng một gigafactory. Mất nhiều thời gian hơn để xây dựng chuỗi cung ứng thượng nguồn.

Lithium-cấp pin cần phải cực kỳ tinh khiết. Ít hơn 0,01% tạp chất. Mức độ tinh chỉnh đó không hề rẻ hay nhanh.

Bất chấp mọi điều tôi vừa phàn nàn, lithium{0}}ion vẫn là lựa chọn tốt nhất ở quy mô thương mại.

Mật độ năng lượng: 250-300 Wh/kg ở cấp độ tế bào. Có thể là 160-180 Wh/kg ở cấp độ đóng gói sau khi thêm hệ thống làm mát, cấu trúc và BMS. Thế là đủ cho 300+ dặm xe điện mà không có trọng lượng quá lớn.

So sánh:

Axit chì-: 30-50 Wh/kg (nặng kinh khủng)

NiMH: 60-120 Wh/kg (Prius đã sử dụng)

NiCd: 40-60 Wh/kg (cũng độc hại, hầu hết bị loại bỏ)

Sản xuất đã trưởng thành. Hàng chục nhà cung cấp. Nhiều gigafactories. Chuỗi cung ứng được thành lập. Tính kinh tế của quy mô.

Nhà máy gigafactory ở Nevada của Tesla đặt mục tiêu 35 GWh/năm Thế là đủ cho 500k + EV. CATL ở Trung Quốc thậm chí còn sản xuất nhiều hơn - tôi nghĩ là 200+ GWh/năm? Có lẽ là 300? Tôi sẽ phải kiểm tra.

Tất cả cơ sở hạ tầng đều sử dụng lithium{0}}ion. Tiêu chuẩn sạc (CCS, NACS, CHAdeMO). Thuật toán BMS. Quy định an toàn. Các quá trình tái chế. Không thể chỉ trao đổi một chất hóa học khác mà không thiết kế lại mọi thứ.

lithium-ion

Pin trạng thái rắn-:Thay thế chất điện phân lỏng bằng vật liệu gốm hoặc thủy tinh hoặc sunfua rắn. Ưu điểm: không rò rỉ, ít nguy cơ cháy nổ, có thể sử dụng cực dương kim loại lithium để có mật độ năng lượng cao hơn.

QuantumScape, Solid Power, Toyota, Samsung - mọi người đang nỗ lực phát triển nó. QuantumScape tuyên bố 800 Wh/kg trong tế bào phòng thí nghiệm với chu trình 800+. Ấn tượng nếu đúng.

Vấn đề: Điện trở giao diện giữa chất điện phân rắn và điện cực. Khó duy trì liên lạc tốt qua hàng nghìn chu kỳ khi vật liệu giãn nở/co lại. Hầu hết các chất điện phân rắn đều có dạng đuôi gai - giòn có thể xuyên qua chúng. Sản xuất ở quy mô hoàn toàn chưa được chứng minh.

Tôi nghi ngờ rằng chúng ta sẽ thấy điều này trên những chiếc ô tô phổ thông trước năm 2030. Có thể là năm 2028 nếu ai đó có bước đột phá. Nhưng có lẽ sau này. Tôi đã nghe nói "trạng thái rắn-còn 5 năm nữa" trong 10 năm qua.

Liti-lưu huỳnh:Mật độ năng lượng lý thuyết là 2600 Wh/kg. Lưu huỳnh rẻ và dồi dào.

Vấn đề: hiệu ứng con thoi polysulfide. Sản phẩm trung gian hòa tan trong chất điện phân làm giảm dung lượng nhanh. Sau 50 chu kỳ, pin sẽ hoạt động bình thường.

Vấn đề này đã "gần như được giải quyết" trong 20+ năm. Vẫn không có ở đó.

Ion natri{0}}:Thực tế đang xảy ra bây giờ. CATL bắt đầu sản xuất vào năm 2023. BYD đang nghiên cứu nó.

Natri có ở khắp mọi nơi (nước biển). Rẻ hơn nhiều so với lithium. Có thể sử dụng thiết bị sản xuất tương tự.

Nhưng mật độ năng lượng thấp hơn: 150-160 Wh/kg so với 250-300 đối với lithium-ion.

Có ý nghĩa đối với kho lưu trữ cố định và xe điện giá rẻ. Không sớm thay thế lithium{1}}ion trong các sản phẩm cao cấp.

Cực dương kim loại lithium:Sử dụng kim loại lithium thay vì than chì. Giữ chất điện phân lỏng. Có thể đạt 400-500 Wh/kg ở cấp độ tế bào.

Vấn đề Dendrite vẫn tiếp diễn. Mọi người đều có giải pháp riêng - lớp phủ, chất phụ gia điện phân, v.v. Chúng ta sẽ xem ai thành công trước.

Ồ vàpin lithium polymer- có lẽ nên đề cập đến những điều đó. Họ sử dụng chất điện phân dạng gel hoặc polyme rắn thay vì chất lỏng. Hình dạng mỏng hơn, nhẹ hơn, linh hoạt hơn. Tai nghe không dây của bạn có thể có một chiếc. An toàn hơn một chút so với chất lỏng nhưng mật độ năng lượng tương đương nhau. Nó vẫn là công nghệ ion lithium{6}}, chỉ được đóng gói theo cách khác. Các bộ phận tiếp thị thích gọi chúng là "LiPo" như thể đó là một điều gì đó mang tính cách mạng. Không phải vậy.