மின்சார கார் நேற்று, இன்று, நாளை: பகுதி 3

உள்ளடக்கம்

"லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள்" என்ற சொல் பலவகையான தொழில்நுட்பங்களை மறைக்கிறது.
நேரத்துக்கு வந்துடு
NCA, NCM லித்தியம் செல்கள் ... இது உண்மையில் என்ன அர்த்தம்?
வெளியீட்டு சக்தி, திறன் அல்லது இரண்டும்
சந்தை போக்குகள்
மேம்பட்ட தொழில்நுட்பம்
இந்த நிலையில் வீரர்கள்

"லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள்" என்ற சொல் பலவகையான தொழில்நுட்பங்களை மறைக்கிறது.

ஒன்று நிச்சயம் - லித்தியம்-அயன் மின் வேதியியல் இந்த விஷயத்தில் மாறாமல் இருக்கும் வரை. வேறு எந்த மின்வேதியியல் ஆற்றல் சேமிப்பு தொழில்நுட்பமும் லித்தியம்-அயனுடன் போட்டியிட முடியாது. எவ்வாறாயினும், கேத்தோடு, அனோட் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு வெவ்வேறு பொருட்களைப் பயன்படுத்தும் வெவ்வேறு வடிவமைப்புகள் உள்ளன, அவை ஒவ்வொன்றும் ஆயுள் அடிப்படையில் வெவ்வேறு நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன (மின்சார வாகனங்களுக்கு அனுமதிக்கக்கூடிய எஞ்சிய திறன் வரையிலான கட்டணம் மற்றும் வெளியேற்ற சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை. 80%), குறிப்பிட்ட சக்தி kWh/kg, விலை யூரோ/கிலோ அல்லது பவர் டு பவர் விகிதம்.

நேரத்துக்கு வந்துடு

என்று அழைக்கப்படும் மின் வேதியியல் செயல்முறைகளை மேற்கொள்ளும் சாத்தியம். லித்தியம்-அயன் செல்கள் சார்ஜ் செய்யும் போது கேத்தோடில் உள்ள லித்தியம் சந்தியிலிருந்து லித்தியம் புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களைப் பிரிப்பதில் இருந்து வருகின்றன. லித்தியம் அணு அதன் மூன்று எலக்ட்ரான்களில் ஒன்றை எளிதில் நன்கொடையாக அளிக்கிறது, ஆனால் அதே காரணத்திற்காக அது மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டது மற்றும் காற்று மற்றும் நீரிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்பட வேண்டும். மின்னழுத்த மூலத்தில், எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் சுற்றுடன் செல்லத் தொடங்குகின்றன, மேலும் அயனிகள் கார்பன்-லித்தியம் அனோடிற்கு இயக்கப்படுகின்றன, மேலும் சவ்வு வழியாகச் சென்று அதனுடன் இணைக்கப்படுகின்றன. வெளியேற்றத்தின் போது, தலைகீழ் இயக்கம் ஏற்படுகிறது - அயனிகள் கேத்தோடிற்குத் திரும்புகின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற மின் சுமை வழியாக செல்கின்றன. இருப்பினும், விரைவான உயர் மின்னோட்ட சார்ஜிங் மற்றும் முழு டிஸ்சார்ஜிங் பேட்டரி செயல்பாட்டைக் குறைக்கும் அல்லது நிறுத்தும் புதிய, நீடித்த இணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. லித்தியத்தை ஒரு துகள் நன்கொடையாகப் பயன்படுத்துவதற்குப் பின்னால் உள்ள யோசனை, அது இலகுவான உலோகம் என்பதாலும், சரியான சூழ்நிலையில் புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களை எளிதாக வெளியிடும் என்பதாலும் உருவானது. இருப்பினும், விஞ்ஞானிகள் அதன் உயர் நிலையற்ற தன்மை, காற்றுடன் பிணைக்கும் திறன் மற்றும் பாதுகாப்பு காரணங்களுக்காக தூய லித்தியத்தின் பயன்பாட்டை விரைவாக கைவிடுகின்றனர்.

முதல் லித்தியம் அயன் பேட்டரி 1970 களில் மைக்கேல் விட்டிங்ஹாம் உருவாக்கியது, அவர் தூய லித்தியம் மற்றும் டைட்டானியம் சல்பைடை மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்தினார். இந்த மின் வேதியியல் இனி பயன்படுத்தப்படாது, ஆனால் உண்மையில் லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளுக்கான அடித்தளங்களை அமைக்கிறது. 1970 களில், சமர் பாசு கிராஃபைட்டிலிருந்து லித்தியம் அயனிகளை உறிஞ்சும் திறனை நிரூபித்தார், ஆனால் அந்த நேரத்தின் அனுபவம் காரணமாக, சார்ஜ் செய்யப்பட்டு வெளியேற்றப்படும் போது பேட்டரிகள் விரைவாக சுய அழிவை ஏற்படுத்தும். 1980 களில், தீவிர வளர்ச்சி பேட்டரிகளின் கேத்தோடு மற்றும் அனோடைக்கு பொருத்தமான லித்தியம் சேர்மங்களைக் கண்டுபிடிக்கத் தொடங்கியது, உண்மையான முன்னேற்றம் 1991 இல் வந்தது.

NCA, NCM லித்தியம் செல்கள் ... இது உண்மையில் என்ன அர்த்தம்?

1991 இல் பல்வேறு லித்தியம் சேர்மங்களை பரிசோதித்த பிறகு, விஞ்ஞானிகளின் முயற்சிகள் வெற்றிகரமாக முடிசூட்டப்பட்டன - சோனி லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளை பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யத் தொடங்கியது. தற்போது, இந்த வகை பேட்டரிகள் அதிக வெளியீட்டு சக்தி மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் மிக முக்கியமாக, வளர்ச்சிக்கான குறிப்பிடத்தக்க திறனைக் கொண்டுள்ளன. பேட்டரி தேவைகளைப் பொறுத்து, நிறுவனங்கள் பல்வேறு லித்தியம் கலவைகளை கேத்தோடு பொருளாக மாற்றுகின்றன. இவை லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LCO), நிக்கல், கோபால்ட் மற்றும் அலுமினியம் (NCA) அல்லது நிக்கல், கோபால்ட் மற்றும் மாங்கனீசு (NCM), லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP), லித்தியம் மாங்கனீஸ் ஸ்பைனல் (LMS), லித்தியம் டைட்டானியம் ஆக்சைடு (LTO) ஆகியவற்றுடன் கலவைகள். மற்றும் பலர். எலக்ட்ரோலைட் என்பது லித்தியம் உப்புகள் மற்றும் கரிம கரைப்பான்களின் கலவையாகும் மற்றும் லித்தியம் அயனிகளின் "இயக்கம்" க்கு மிகவும் முக்கியமானது, மேலும் லித்தியம் அயனிகளுக்கு ஊடுருவி குறுகிய சுற்றுகளைத் தடுக்கும் பிரிப்பான் பொதுவாக பாலிஎதிலீன் அல்லது பாலிப்ரோப்பிலீன் ஆகும்.

வெளியீட்டு சக்தி, திறன் அல்லது இரண்டும்

பேட்டரிகளின் மிக முக்கியமான பண்புகள் ஆற்றல் அடர்த்தி, நம்பகத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பு. தற்போது உற்பத்தி செய்யப்படும் பேட்டரிகள் இந்த குணங்களின் பரந்த அளவை உள்ளடக்கியது, மேலும் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களைப் பொறுத்து, ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் வரம்பை 100 முதல் 265 W / kg வரை (மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி 400 முதல் 700 W / L வரை) கொண்டுள்ளது. இந்த விஷயத்தில் சிறந்தது என்.சி.ஏ பேட்டரிகள் மற்றும் மோசமான எல்.எஃப்.பி. இருப்பினும், பொருள் நாணயத்தின் ஒரு பக்கம். குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி இரண்டையும் அதிகரிக்க, பல்வேறு நானோ கட்டமைப்புகள் அதிக பொருளை உறிஞ்சுவதற்கும் அயன் நீரோட்டத்தின் அதிக கடத்துத்திறனை வழங்கவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அதிக எண்ணிக்கையிலான அயனிகள், ஒரு நிலையான கலவையில் "சேமிக்கப்படுகின்றன", மற்றும் கடத்துத்திறன் வேகமாக சார்ஜ் செய்வதற்கான முன்நிபந்தனைகள், மேலும் வளர்ச்சி இந்த திசைகளில் இயக்கப்படுகிறது. அதே நேரத்தில், பேட்டரி வடிவமைப்பு இயக்கி வகையைப் பொறுத்து தேவையான சக்தி-திறன் விகிதத்தை வழங்க வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, செருகுநிரல் கலப்பினங்கள் வெளிப்படையான காரணங்களுக்காக அதிக சக்தி-திறன் விகிதத்தைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். இன்றைய முன்னேற்றங்கள் NCA (கேத்தோடு மற்றும் கிராஃபைட் அனோடோடு LiNiCoAlO2) மற்றும் NMC 811 (கேத்தோடு மற்றும் கிராஃபைட் அனோடோடு LiNiMnCoO2) போன்ற பேட்டரிகளில் கவனம் செலுத்துகின்றன. முந்தையவற்றில் 80% நிக்கல், 15% கோபால்ட் மற்றும் 5% அலுமினியம் ஆகியவை உள்ளன (200-250 W / kg ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது அவை முக்கியமான கோபால்ட்டின் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த பயன்பாடும், 1500 சுழற்சிகள் வரை சேவை வாழ்க்கையும் கொண்டிருக்கின்றன. இத்தகைய பேட்டரிகளை டெஸ்லா தனது நெவாடாவில் உள்ள கிகாஃபாக்டரியில் தயாரிக்கும். இது திட்டமிட்ட முழு திறனை அடையும் போது (2020 அல்லது 2021 இல், நிலைமையைப் பொறுத்து), இந்த ஆலை 35 ஜிகாவாட் பேட்டரிகளை உற்பத்தி செய்யும், இது 500 வாகனங்களுக்கு சக்தி அளிக்கும். இது பேட்டரிகளின் விலையை மேலும் குறைக்கும்.

NMC 811 பேட்டரிகள் சற்றே குறைவான குறிப்பிட்ட ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன (140-200W/kg) ஆனால் நீண்ட ஆயுளைக் கொண்டவை, 2000 முழு சுழற்சிகளை எட்டுகின்றன, மேலும் 80% நிக்கல், 10% மாங்கனீசு மற்றும் 10% கோபால்ட் ஆகும். தற்போது, அனைத்து பேட்டரி உற்பத்தியாளர்களும் இந்த இரண்டு வகைகளில் ஒன்றைப் பயன்படுத்துகின்றனர். LFP பேட்டரிகளை உருவாக்கும் சீன நிறுவனமான BYD மட்டுமே விதிவிலக்கு. அவற்றுடன் பொருத்தப்பட்ட கார்கள் கனமானவை, ஆனால் கோபால்ட் தேவையில்லை. என்சிஏ பேட்டரிகள் மின்சார வாகனங்களுக்கும், என்எம்சி பிளக்-இன் கலப்பினங்களுக்கும் ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அவற்றின் நன்மைகள் காரணமாக விரும்பப்படுகின்றன. 2,8 இன் ஆற்றல்/திறன் விகிதத்துடன் கூடிய மின்சார இ-கோல்ஃப் மற்றும் 8,5 விகிதத்துடன் பிளக்-இன் ஹைப்ரிட் கோல்ஃப் ஜிடிஇ ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகள். விலையைக் குறைப்பது என்ற பெயரில், அனைத்து வகையான பேட்டரிகளுக்கும் ஒரே செல்களைப் பயன்படுத்த வி.டபிள்யூ. மேலும் ஒரு விஷயம் - பேட்டரியின் பெரிய திறன், முழு வெளியேற்றங்கள் மற்றும் கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை குறைவாக உள்ளது, மேலும் இது அதன் சேவை வாழ்க்கையை அதிகரிக்கிறது, எனவே - பெரிய பேட்டரி, சிறந்தது. இரண்டாவது பிரச்சனை கலப்பினங்களைப் பற்றியது.

சந்தை போக்குகள்

தற்போது, போக்குவரத்து நோக்கங்களுக்காக பேட்டரிகளுக்கான தேவை ஏற்கனவே மின்னணு தயாரிப்புகளுக்கான தேவையை விட அதிகமாக உள்ளது. 2020 ஆம் ஆண்டளவில் உலகளவில் ஆண்டுக்கு 1,5 மில்லியன் மின்சார வாகனங்கள் விற்பனை செய்யப்படும் என்று இன்னும் கணிக்கப்பட்டுள்ளது, இது பேட்டரிகளின் விலையைக் குறைக்க உதவும். 2010 இல், லித்தியம்-அயன் கலத்தின் 1 kWh இன் விலை சுமார் 900 யூரோக்களாக இருந்தது, இப்போது அது 200 யூரோக்களுக்கும் குறைவாக உள்ளது. முழு பேட்டரியின் விலையில் 25% கேத்தோடிற்கும், 8% அனோட், பிரிப்பான் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும், 16% மற்ற அனைத்து பேட்டரி செல்களுக்கும் மற்றும் 35% ஒட்டுமொத்த பேட்டரி வடிவமைப்பிற்கும் ஆகும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், லித்தியம்-அயன் செல்கள் பேட்டரியின் விலையில் 65 சதவிகிதம் பங்களிக்கின்றன. கிகாஃபாக்டரி 2020 சேவையில் நுழையும் போது 1 ஆம் ஆண்டிற்கான மதிப்பிடப்பட்ட டெஸ்லா விலைகள் NCA பேட்டரிகளுக்கு சுமார் 300€/kWh ஆகும், மேலும் விலையில் சில சராசரி VAT மற்றும் உத்தரவாதத்துடன் முடிக்கப்பட்ட தயாரிப்பு அடங்கும். இன்னும் அதிக விலை, இது காலப்போக்கில் தொடர்ந்து குறையும்.

லித்தியத்தின் முக்கிய இருப்புக்கள் அர்ஜென்டினா, பொலிவியா, சிலி, சீனா, அமெரிக்கா, ஆஸ்திரேலியா, கனடா, ரஷ்யா, காங்கோ மற்றும் செர்பியா ஆகிய நாடுகளில் காணப்படுகின்றன, தற்போது பெரும்பான்மையானவை வறண்ட ஏரிகளில் இருந்து வெட்டப்படுகின்றன. மேலும் மேலும் பேட்டரிகள் குவிந்து வருவதால், பழைய பேட்டரிகளிலிருந்து மறுசுழற்சி செய்யப்படும் பொருட்களின் சந்தை அதிகரிக்கும். இருப்பினும், மிக முக்கியமானது கோபால்ட்டின் பிரச்சினை, இது பெரிய அளவில் இருந்தாலும், நிக்கல் மற்றும் தாமிர உற்பத்தியில் ஒரு துணைப் பொருளாக வெட்டப்படுகிறது. கோபால்ட் மண்ணில் குறைந்த செறிவு இருந்தபோதிலும், காங்கோவில் (இது கிடைக்கக்கூடிய மிகப்பெரிய இருப்புக்களைக் கொண்டுள்ளது) வெட்டப்படுகிறது, ஆனால் நெறிமுறைகள், அறநெறி மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பை சவால் செய்யும் நிலைமைகளின் கீழ்.

மேம்பட்ட தொழில்நுட்பம்

எதிர்காலத்திற்கான வாய்ப்பாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட தொழில்நுட்பங்கள் உண்மையில் அடிப்படையில் புதியவை அல்ல, ஆனால் லித்தியம் அயன் விருப்பங்கள் என்பதை நினைவில் கொள்ள வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, இவை திட-நிலை பேட்டரிகள், அவை திரவத்திற்குப் பதிலாக திடமான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகின்றன (அல்லது லித்தியம் பாலிமர் பேட்டரிகளில் ஜெல்). இந்த தீர்வு மின்முனைகளின் மிகவும் நிலையான வடிவமைப்பை வழங்குகிறது, இது முறையே அதிக மின்னோட்டத்துடன் சார்ஜ் செய்யும்போது அவற்றின் ஒருமைப்பாட்டை மீறுகிறது. அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அதிக சுமை. இது சார்ஜிங் மின்னோட்டம், மின்முனை அடர்த்தி மற்றும் கொள்ளளவு ஆகியவற்றை அதிகரிக்கும். திட நிலை பேட்டரிகள் இன்னும் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளன மற்றும் தசாப்தத்தின் நடுப்பகுதி வரை வெகுஜன உற்பத்தியைத் தாக்க வாய்ப்பில்லை.

ஆம்ஸ்டர்டாமில் 2017 பிஎம்டபிள்யூ கண்டுபிடிப்பு தொழில்நுட்ப போட்டியில் விருது பெற்ற ஸ்டார்ட் அப் நிறுவனங்களில் ஒன்று பேட்டரி மூலம் இயங்கும் நிறுவனம் ஆகும், அதன் சிலிக்கான் அனோட் ஆற்றல் அடர்த்தியை மேம்படுத்துகிறது. அனோட் மற்றும் கேத்தோடு பொருள் இரண்டிற்கும் அதிக அடர்த்தி மற்றும் வலிமையை வழங்க பொறியாளர்கள் பல்வேறு நானோ தொழில்நுட்பங்களில் பணியாற்றி வருகின்றனர், மேலும் கிராபெனைப் பயன்படுத்துவது ஒரு தீர்வாகும். ஒற்றை அணு தடிமன் மற்றும் அறுகோண அணு அமைப்பு கொண்ட கிராஃபைட்டின் இந்த நுண்ணிய அடுக்குகள் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய பொருட்களில் ஒன்றாகும். பேட்டரி செல் உற்பத்தியாளரான சாம்சங் எஸ்.டி.ஐ உருவாக்கிய "கிராபெனின் பந்துகள்", கேத்தோடு மற்றும் அனோட் கட்டமைப்பில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டு, அதிக வலிமை, ஊடுருவல் மற்றும் பொருளின் அடர்த்தி மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய திறன் சுமார் 45% மற்றும் ஐந்து மடங்கு வேகமான சார்ஜிங் நேரத்தை வழங்குகிறது. இந்த தொழில்நுட்பங்கள் ஃபார்முலா இ கார்களிடமிருந்து வலுவான தூண்டுதலைப் பெற முடியும், இது போன்ற பேட்டரிகள் பொருத்தப்பட்ட முதல்தாக இருக்கலாம்.

இந்த நிலையில் வீரர்கள்

அடுக்கு 123 மற்றும் அடுக்கு 2020 சப்ளையர்கள், அதாவது செல் மற்றும் பேட்டரி உற்பத்தியாளர்கள், ஜப்பான் (Panasonic, Sony, GS Yuasa மற்றும் Hitachi Vehicle Energy), கொரியா (LG Chem, Samsung, Kokam மற்றும் SK Innovation), சீனா (BYD நிறுவனம்) . , ATL மற்றும் Lishen) மற்றும் USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel மற்றும் Valence Technology). செல்போன்களின் முக்கிய சப்ளையர்கள் தற்போது LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (கொரியா), AESC (ஜப்பான்), BYD (சீனா) மற்றும் CATL (சீனா) ஆகியவை மூன்றில் இரண்டு பங்கு சந்தைப் பங்கைக் கொண்டுள்ளன. ஐரோப்பாவில் இந்த கட்டத்தில், அவர்கள் ஜெர்மனியில் இருந்து BMZ குழு மற்றும் ஸ்வீடனில் இருந்து நார்த்வோல்த் ஆகியவற்றால் மட்டுமே எதிர்க்கப்படுகிறார்கள். XNUMX இல் டெஸ்லாவின் ஜிகாஃபாக்டரி தொடங்கப்பட்டவுடன், இந்த விகிதம் மாறும் - அமெரிக்க நிறுவனம் உலகின் லித்தியம் அயன் செல்கள் உற்பத்தியில் XNUMX% ஆகும். Daimler மற்றும் BMW போன்ற நிறுவனங்கள் ஏற்கனவே ஐரோப்பாவில் ஒரு தொழிற்சாலையை உருவாக்கும் CATL போன்ற சில நிறுவனங்களுடன் ஒப்பந்தங்களில் கையெழுத்திட்டுள்ளன.