باطری EV

اگر قرار است خودروی جدید شما به جای بنزین یا گازوئیل از باتری استفاده کند، بهتر است با انواع مختلف باتری های موجود آشنا شوید.

صبر کنید، بیش از یک نوع وجود دارد؟

بله وجود دارد.

منظور شما بزرگتر و کوچکتر است، درست است؟ مثل AA و AAA؟

نه، در واقع منظور ما این است که دو نوع متمایز و متفاوت از باتری ماشین الکتریکی موجود است که از شیمی باتری متفاوتی استفاده می کنند.

آیا باید بیشتر در مدرک ترک تحصیل می کردم؟

نه، ما این را تا جایی که می توانیم ساده نگه می داریم. هر دو نوع باتری از لیتیوم برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند، زیرا لیتیوم در جدا کردن الکترون‌ها از اتم‌هایش عالی است و در نتیجه یک یون ایجاد می‌کند – از این رو باتری لیتیوم یون نامیده می‌شود. این الکترون ها از طریق باتری از کاتد به آند می گذرند و جریان الکتریسیته ایجاد می کنند، قبل از اینکه دوباره به اتم های اصلی خود بپیوندند و باتری را در تعادل نگه دارند.

خوب، فکر می کنم این را دارم. پس چگونه دو نسخه متفاوت از این وجود دارد؟

اصول اولیه یکسان است، اما دو نوع شیمی - فسفات آهن لیتیوم (LFP) و نیکل- منگنز- کبالت (NMC) به روش های ظریف متفاوتی کار می کنند.

آیا یکی بهتر از دیگری است؟

نه به طور خاص، نه. آنها در موارد مختلف خوب (و بد) هستند. بیایید با باتری‌های NMC شروع کنیم، زیرا در حال حاضر رایج‌ترین باتری‌ها هستند و ما بیشتر به آن‌ها عادت کرده‌ایم. با لیتیوم به عنوان ماده ذخیره سازی، نیکل، منگنز و کبالت به مواد مورد استفاده برای کاتد و آند باتری، پایانه های منفی و مثبت آن اشاره دارد.

باتری‌های NMC را می‌توان با خروجی‌های توان بسیار بالا طراحی کرد و به طور کلی می‌توانند انرژی بیشتری را برای اندازه و وزن معین نسبت به باتری LFP ذخیره کنند. تا کنون، آنها همچنین سرعت شارژ سریع‌تری داشته‌اند (اگرچه این در حال تغییر است).

جنبه های منفی؟ باتری‌های NMC عموما گران‌تر هستند و از فلزات خاکی کمیاب بیشتری استفاده می‌کنند که می‌تواند برای محیط‌زیست (و اجتماعی) مضر باشد. همچنین در صورت آسیب دیدن، احتمال بیشتری وجود دارد که از "فرار حرارتی" و آتش سوزی رنج ببرند.

پس باتری های LFP بهتر هستند؟

از برخی جهات، بله. باتری‌های LFP از آهن ساده در کاتد استفاده می‌کنند (از این رو نام آن - F در LFP از ferro، در لاتین به معنی آهن می‌آید) و به کبالت نیازی ندارند، بنابراین از نظر استخراج و غیره بسیار کمتر مضر هستند. همچنین نسبت به شارژ سریع معمولی تحمل بیشتری دارند و مشکلی ندارند که به طور کامل شارژ شوند، که برخلاف MC‌ها نسبت به 100 درصد شارژ می‌شوند. 20 و 80 درصد بیشتر مواقع.

باتری های LFP همچنین در صورت آسیب دیدن بسیار قوی تر هستند و احتمال آتش سوزی بسیار کمتری دارند. و در وهله اول ساخت آنها ارزان تر است. پس چرا همه از باتری های LFP استفاده نمی کنند؟ زیرا، عمدتا، چگالی انرژی کمتری نسبت به باتری NMC دارند، که بر برد تأثیر می‌گذارد، و تا کنون معمولا قادر به شارژ کردن سریع باتری‌های NMC با عملکرد بالا نبوده‌اند.

گفتی "تا الان"

بله، برخی از باتری های LFP اکنون شروع به مطابقت با معادل های NMC خود کرده اند. امثال BYD (که تمام باتری‌های خود را طراحی و می‌سازد و فقط از شیمی LFP استفاده می‌کند) و Xpeng اکنون باتری‌های LFP می‌سازند که برای ذخیره‌سازی انرژی با باتری‌های NMC همخوانی نزدیک‌تری دارند و می‌توانند با سرعت‌های کاملا مضحک شارژ شوند.

Xpeng در حال حاضر یک باتری در G6 SUV خود دارد که می تواند تا 541 کیلووات در اتصال DC شارژ شود (که بسیار قوی تر از هر نقطه شارژ فعلی ایرلندی است)، در حالی که BYD در حال حاضر در باتری های چینی عرضه می شود که می توانند تا 1500 کیلووات (!) شارژ شوند و به طور بالقوه امکان شارژ 95 درصدی را تنها در پنج دقیقه فراهم می کنند.

پس همه ما در آینده از باتری های LFP استفاده خواهیم کرد؟

احتمالا اینطور است، اما بدون در نظر گرفتن باتری های حالت جامد…

حالت جامد؟

بله، این فناوری است که تقریبا یک دهه است که به عنوان تغییر دهنده بازی برای باتری‌های ماشین‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته است، اما از نظر تولید نیز دور از دسترس به نظر می‌رسد.

چرا جامد است؟

باتری ها به الکترولیت نیاز دارند – مسیری برای انتقال انرژی ذخیره شده از منفی به پایانه های مثبت – و در هر دو طرح LFP و NMC این یک الکترولیت مایع است که معمولا حاوی ماده شیمیایی به نام لیتیوم هگزافلوئوروفسفات است که اغلب در محلول های مبتنی بر الکل حل می شود.

این الکترولیت است که عامل محدود کننده در طراحی باتری فعلی است و به همین دلیل است که باتری ها به سیستم های خنک کننده و گرمایش پیچیده نیاز دارند. آن الکترولیت را در منطقه دمایی شاد نگه دارید - معمولا حدود 21 درجه - و همه چیز خوب است. بگذارید خیلی سرد شود و عملکرد افت کند. بگذارید خیلی داغ شود، مثلا هنگام شارژ سریع، و می توانید به باتری آسیب بزنید. بگذارید واقعا خیلی داغ شود، و باتری آتش می گیرد.

یک باتری حالت جامد با استفاده از یک الکترولیت که لیتیوم هگزافلوئوفسفات یا سایر مواد شیمیایی را در یک ماده سرامیکی معلق می کند، همه اینها را از بین می برد.

چگونه کمک می کند؟

خوب، برای شروع، تقریبا به طور کامل احتمال آتش‌سوزی باتری را از بین می‌برد، اما هنوز هم بهتر این است که روی مقدار انرژی که باتری می‌تواند ذخیره کند و بنابراین چقدر باتری نیاز دارد، تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، تخمین زده شده است که یک نسخه حالت جامد از یک باتری 50 کیلووات ساعتی فعلی NMC، به جای 500 کیلوگرم با فناوری فعلی، می تواند کمتر از 100 کیلوگرم وزن داشته باشد. باتری‌های حالت جامد نیز ظاهرا بسیار سریع‌تر شارژ می‌شوند و با شارژ مکرر آسیب می‌بینند و عمر باتری را بهبود می‌بخشند.

چه کسی با این گلوله نقره ای باتری اولین خواهد بود؟

احتمالا چینی ها. جیلی گفته است که باتری‌های حالت جامد آن از سال آینده به فروش می‌رسد و خبر خوب این است که علاوه بر مدل‌های جیلی، مدل‌های اروپایی Polestar و Volvo نیز این باتری‌های جدید را دریافت خواهند کرد. جیلی قبلا در مورد برد 1000 کیلومتری این باتری های جدید صحبت می کند.

گروه Stellantis (مثل پژو، فیات، اوپل، سیتروئن، جیپ و غیره) و مرسدس به نظر می‌رسد که با فناوری حالت جامد از جیلی خوششان می‌آید، اما یک چروک جالب وجود دارد - فورد در حال کار بر روی یک باتری جدید به نام لیتیوم منگنز غنی (LMR) است و این باتری به همان اندازه که می‌تواند مطمئن‌تر باشد، می‌تواند قابل اعتمادتر باشد. انرژی متراکم، که به معنای برد بیشتر برای اندازه معین باتری است.

چه کسی در نبرد باتری ها پیروز خواهد شد؟

به احتمال زیاد، این یک راه حل چند باتری خواهد بود. فناوری حالت جامد در حال حاضر گران است، بنابراین احتمالا در ابتدا بیشتر روی خودروهای گران‌تر نصب می‌شود، در حالی که مدل‌های مقرون‌به‌صرفه‌تر به طور فزاینده‌ای به LFP و شاید طراحی جدید فورد LMR تغییر خواهند کرد.