Аккумуляторы для электромобилей: Полный обзор

Описание

Электромобили (EV) пользуются огромной популярностью, что обусловлено повышением экологической грамотности и развитием аккумуляторных технологий. Аккумуляторы являются их центральным элементом, определяющим дальность хода, эффективность, стоимость и срок службы автомобиля.

Сегодня в EV используются несколько технологий аккумуляторов, включая литий-ионные (Li-ion), никель-металлогидридные (NiMH) и будущие твердотельные батареи. Их различие является причиной того, что определенные технологии доминируют в определенных областях применения.

Литий-ионные (Li-ion) батареи

Литий-ионные батареив настоящее время являются доминирующими в индустрии EV благодаря высокой плотности энергии, относительно длительному сроку службы и хорошим характеристикам зарядки. Литий-ионные батареи функционируют за счет переноса ионов лития от катода к аноду во время зарядки и наоборот - во время разрядки, тем самым накапливая и высвобождая электрическую энергию. Распространенные материалы катода включают никель-марганец-кобальт-оксид лития (NMC) и литий-железо-фосфат (LFP), каждый из которых обладает различными преимуществами. Литий-ионные батареи небольшие, легкие и могут обеспечить увеличенный запас хода - от 200 до 400 миль на одной зарядке. Именно такие батареи используются в новых моделях EV, таких как Tesla Model 3 и Nissan Leaf.

Литий-ионные батареи также имеют свои ограничения, в том числе тепловую нестабильность, и требуют сложных систем охлаждения для управления нагревом. Литий-ионные батареи трудно перерабатывать из-за их сложного химического состава, что вызывает озабоченность экологов по поводу их утилизации.

Никель-металл-гидридные (NiMH) аккумуляторы

Никель-металл-гидридные батареи были одними из первых коммерческих аккумуляторных технологий, используемых в гибридных электромобилях, и широко применялись в автомобилях Prius первого поколения компании Toyota. В никель-металлогидридных батареях используются сплавы, поглощающие водород, на отрицательном электроде и гидроксид оксида никеля на положительном электроде. Их ключевые преимущества - долговечность, длительный срок службы и более высокая устойчивость к повреждениям по сравнению с другими батареями.

К недостаткам можно отнести более низкую плотность энергии, чем у литий-ионных аккумуляторов, что приводит к утяжелению батарейных блоков и уменьшению дальности поездки. Кроме того, они подвержены эффекту памяти - снижению емкости батареи в результате последовательных циклов частичной зарядки, что требует периодического полного разряда для восстановления полной емкости.

Твердотельные батареи

Твердотельные батареи - это перспективная технология батарей нового поколения для EV. В отличие от обычных батарей, использующих жидкие электролиты, твердотельные батареи используют твердые электролиты. Такое изменение повышает безопасность, устраняя риск возгорания в результате утечки жидкого электролита или теплового разгона. Твердотельные батареи также имеют значительно более высокую плотность энергии, что позволяет увеличить дальность поездки и ускорить время зарядки.

Такие автопроизводители, как Toyota, Volkswagen и BMW, вложили значительные средства в развитие этой технологии, надеясь, что твердотельные батареи существенно улучшат характеристики электромобилей. Однако технология все еще находится на стадии разработки, и проблемы, связанные со стоимостью производства, стабильностью электролита и масштабируемостью, в настоящее время препятствуют широкомасштабной коммерциализации.

Таблица данных о преимуществах и использовании

В таблице ниже приведены преимущества и практическое применение трех рассмотренных технологий батарей для EV:

Эти сравнительные данные показывают, почему в настоящее время предпочтение отдается литий-ионным батареям, почему NiMH остается актуальным для гибридов и как твердотельные батареи могут вскоре пересмотреть стандарты батарей для EV. Дополнительную информацию можно получить в Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

Каков срок службы батарей для электромобилей?

Срок службы батарей EV обычно составляет 8-15 лет, в зависимости от технологии, режима использования и практики обслуживания.

Можно ли перерабатывать батареи EV?

Да, батареи EV, особенно литий-ионные, могут быть переработаны, хотя существующие процессы сложны и постоянно развиваются.

Сколько времени требуется для зарядки батареи EV?

Типичное время зарядки аккумулятора EV составляет от 20 минут (быстрая зарядка) до нескольких часов (стандартная зарядка в домашних условиях), в зависимости от емкости аккумулятора и типа зарядного устройства.

Доступны ли твердотельные батареи на коммерческой основе?

В настоящее время твердотельные батареи все еще являются экспериментальными и пока не доступны для коммерческого использования, а массовое производство ожидается примерно в 2027-2030 годах.

Почему литий-ионные батареи предпочтительны для большинства EV?

Литий-ионные батареи предлагают идеальное сочетание плотности энергии, экономичности и скорости зарядки, что делает их предпочтительным выбором для современных электромобилей.