Introdução à classificação e vantagens e desvantagens de baterias automotivas

As baterias de energia automobilística são os componentes principais dos veículos elétricos. As baterias de diferentes rotas técnicas variam significativamente nos cenários de desempenho, custo e aplicáveis. A seguir, é apresentada uma análise das principais classificações e suas vantagens e desvantagens.

1. Baterias de íons de lítio (tecnologia convencional)

As baterias de alimentação de íons de lítio, denominadas baterias de lítio, são baterias que usam liga de metal ou lítio de lítio como materiais de eletrodo negativo e soluções de eletrólitos não aquosos.

1. Baterias ternárias de lítio (NCM/NCA)
Materiais cátodo: óxidos de níquel (NI), cobalto (CO), manganês (Mn) ou alumínio (Al).

Vantagens:

Alta densidade de energia (200-300 wh/kg) e longo alcance de driving;

Bom desempenho de baixa temperatura (ainda pode manter alta capacidade em -20 grau);

Forte capacidade de carregamento rápido.

Desvantagens:

Alto custo (depende de metais escassos, como cobalto e níquel);

Baixa estabilidade térmica (fácil de térmica, exigindo proteção complexa de BMS);

Life de ciclo curto (cerca de 1000-2000 vezes).

Aplicação: Carros de passageiros de ponta (como Tesla e Nio).

2. Bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP)
Material do cátodo: fosfato de ferro de lítio.

Vantagens:

Alta segurança (boa estabilidade de alta temperatura, não é fácil de explodir);

Long Cycle Life (3000-5000 Times);

Baixo custo (sem dependência de recursos de cobalto e níquel).

Desvantagens:

Baixa densidade de energia (150-200 wh/kg);

Desempenho de baixa temperatura baixa (-10} que cai significativamente);

Plataforma de baixa tensão, mais células precisam ser conectadas em série.

APLICAÇÃO: Veículos elétricos de baixo custo, veículos comerciais (como baterias Byd Blade).

3. Outras baterias de íon de lítio
Óxido de cobalto de lítio (LCO): alta densidade de energia, mas alto custo e pouca segurança, usados ​​principalmente em eletrônicos de consumo.

Óxido de manganês de lítio (LMO): baixo custo, boa segurança, mas vida curta, usada em modelos híbridos.

2. Bateria de hidreto de níquel-metal (tecnologia de transição)

A bateria de hidreto de níquel-metal é uma bateria secundária que pode ser carregada e descarregada repetidamente. É um novo tipo de bateria verde desenvolvida nos anos 90 para substituir as baterias tradicionais de níquel-cádmio.

Vantagens:

Alta segurança (resistência a sobrecarga/descarga);

Bom desempenho de baixa temperatura (disponível em -30 grau);

Proteção ambiental (sem poluição por metais pesados).

Desvantagens:

Baixa densidade de energia (60-120 wh/kg);

Alta taxa de autodescrição (cerca de 30% ao mês);

Alto custo (contendo metais raros).

APLICAÇÕES: Veículos híbridos (como Toyota Prius), trânsito ferroviário, baterias de backup, casas inteligentes.

3. Bateria de chumbo-ácido (eliminada gradualmente)

Classificação: Bateria comum-ácido de chumbo, AGM (aprimorado).

Vantagens:

Custo extremamente baixo (tecnologia madura);

Bom desempenho de descarga de alta taxa (adequado para a fonte de alimentação inicial).

Desvantagens:

Densidade de energia extremamente baixa (30-50 wh/kg);

Life de ciclo curto (300-500 tempos);

Poluição grave (contém chumbo e ácido sulfúrico).

APLICAÇÃO: Veículos elétricos de baixa velocidade, veículos de combustível Baterias de partida.

4. Baterias de estado sólido (tecnologia futura)
As baterias de estado sólido podem ser entendidas como baterias usando eletrólitos sólidos. As baterias de estado sólido não são inflamáveis, não produzem eletrólitos líquidos e não são corrosivos. Portanto, eles são uma maneira eficaz de resolver problemas de segurança da bateria.

Recursos técnicos: substitua os eletrólitos líquidos por eletrólitos sólidos.

Vantagens:

Alta densidade teórica de energia (400+ wh/kg);

Segurança muito melhorada (sem vazamento, não inflamável);

Vida de bicicleta longa (até 10, 000 vezes).

Desvantagens:

Custo extremamente alto (processo de fabricação complexo);

Problemas de impedância de interface a serem resolvidos;

Ainda não comercializado em larga escala.

Progresso: Toyota, Catl e outras empresas devem produzir em massa até 2030.

5. Bateria de íons de sódio (tecnologia emergente)

Vantagens:
Ricas matérias -primas (amplos recursos de sódio);

Excelente desempenho de baixa temperatura (capacidade de 80% em -40 grau);

Baixo custo (30% menor que fosfato de ferro de lítio).

Desvantagens:

Baixa densidade de energia (100-160 wh/kg);

A vida do ciclo precisa ser melhorada (atualmente cerca de 2, 000 tempos).

Aplicações: armazenamento de energia, veículos elétricos de baixa velocidade (a CATL lançou produtos).

6. célula de combustível (energia de hidrogênio)
A célula de combustível é um dispositivo de geração de energia que converte diretamente hidrogênio e oxigênio de alta pureza em energia elétrica através de reações químicas.

Princípio: gerar eletricidade através da reação de hidrogênio-oxigênio e o produto é a água.

Vantagens:

Densidade de energia extremamente alta (armazenamento de hidrogênio é 10 vezes a das baterias de lítio);

Hidrogenação rápida (3-5 minutos);

Zero emissões.

Desvantagens:

Alto custo (catalisador de platina, tecnologia de armazenamento de hidrogênio);

Falta de infraestrutura (poucas estações de hidrogenação);

A produção de hidrogênio depende da energia fóssil.

Aplicação: Veículos comerciais, caminhões pesados ​​(como Toyota Mirai).

Tabela de comparação de resumo

Tendências e desafios
A curto prazo: fosfato de ferro de lítio (redução de custo) e lítio ternário (duração da bateria longa) coexistem;

Médio prazo: as baterias de íons de sódio complementam o mercado de baixo custo e as baterias de estado sólido são gradualmente comercializadas;

A longo prazo: As células de combustível de hidrogênio podem se tornar a principal força de caminhões pesados/aviação, mas dependem da maturidade da cadeia da indústria de hidrogênio verde.