Batería de hierro BYD Toyota todas las ventajas y desventajas de la batería sólida comparación

En Japón, el desarrollo de "baterías totalmente sólidas", que es una nueva generación de baterías que son superiores a las actuales baterías de iones de litio convencionales, está surgiendo constantemente. La Universidad de Tohoku y Toyota Motor han reducido el tiempo de carga de todas las baterías de estado sólido a una décima parte del de las baterías convencionales. Otros equipos de I + D de la Northeastern University han desarrollado baterías ligeras totalmente sólidas y temperaturas de funcionamiento reducidas. Además, Samsung Electronics de Corea del Sur también está desarrollando tecnologías para mejorar la vida útil de todas las baterías sólidas. En Japón y en el extranjero, la competencia por el desarrollo práctico es cada vez más feroz.

Una solución de electrolito que es el material principal de una batería de litio contiene un disolvente orgánico que se enciende fácilmente. Una batería completamente sólida utiliza un electrolito sólido en lugar de un electrolito líquido. Dado que los iones de litio se mueven en un electrolito sólido difícil de quemar, la seguridad mejora enormemente. Aunque teóricamente se comparan con las baterías que usan electrolitos, todas las baterías de estado sólido tienen más almacenamiento de energía y mayor potencia de salida. Sin embargo, las baterías totalmente de estado sólido desarrolladas en el pasado han sido difíciles de superar el rendimiento de las baterías convencionales y es difícil ponerlas en práctica.

En el estudio, el profesor asociado Ichiro Taro de la Universidad de Tohoku de Japón y otros se centraron en los problemas de electrolitos y de interfaz entre electrodos. El electrolito y el electrodo se ajustan perfectamente mediante el uso de un dispositivo de vacío y ajustando el método de fabricación de la batería. Los iones de litio se mueven fácilmente en la batería debido al ajuste perfecto de la interfaz. Se soluciona el problema de que el electrolito sólido y el electrodo no se adhieren estrechamente por la influencia de grietas e impurezas.

En un experimento realizado con un prototipo de batería totalmente sólida, el tiempo de carga se redujo de 30 minutos o más requerido para una batería convencional que usa una solución electrolítica a 3 minutos. Si se usa una batería completamente sólida para la batería de un vehículo eléctrico (EV), se logrará una carga rápida. En el futuro, promoveremos el desarrollo junto con Toyota y los fabricantes de baterías.

El mismo uso de compuestos de litio e hidrógeno como electrolitos para el profesor Yan Mao y el profesor Yu y los profesores de la Northeastern University redujo el peso de todas las baterías sólidas en más de la mitad. Las baterías completamente sólidas desarrolladas anteriormente que utilizan sulfuros y óxidos como electrolitos eran más pesadas que las baterías que utilizan electrolitos.

Después de usar un compuesto de litio e hidrógeno, existe el problema de que solo se puede operar en un entorno de alta temperatura, pero la composición del electrolito mejora de los 120 grados Celsius originales a 90 grados Celsius. El objetivo en el futuro es hacer que la batería funcione correctamente a temperatura ambiente. La compañía planea cooperar con Mitsubishi Gas Chemicals para lograr un nivel práctico de baterías como vehículos eléctricos puros después de cinco años.

Samsung Electronics ha aumentado la durabilidad de las baterías totalmente sólidas que utilizan sulfuros. Después de una carga y descarga repetidas 500 veces, la capacidad aún se puede mantener en aproximadamente el 80%, que está cerca del nivel práctico. En el pasado, existía el problema de que la capacidad se reducía rápidamente después de cargas y descargas repetidas. Sin embargo, este problema se ha resuelto mejorando cuidadosamente la estructura del electrodo positivo y dispersando uniformemente una sustancia que se energiza fácilmente en el electrodo positivo. Este logro se dio a conocer en el seminario sobre baterías celebrado en Kioto el mes pasado.

En la actualidad, la batería de iones de litio convencional tiene una mayor producción por unidad de volumen y una mayor capacidad de almacenamiento. Se utiliza principalmente en terminales portátiles y vehículos eléctricos puros. Sin embargo, la fiebre puede causar daños y hay opiniones que indican un peligro para la seguridad.

Una nueva generación de baterías: los vehículos eléctricos puros equipados con baterías de iones de litio existentes tienen una única distancia de viaje eléctrica de solo unos 200 kilómetros. Un automóvil de gasolina, por otro lado, puede viajar unos 500 kilómetros con el tanque lleno. El objetivo de la nueva generación de baterías es aumentar el rendimiento a niveles iguales o superiores a los de los vehículos de gasolina. También esfuércese por mejorar la seguridad y durabilidad y acortar el tiempo de carga.

Además de las baterías totalmente de estado sólido y las baterías de iones de sodio, las baterías de nueva generación que se están desarrollando actualmente incluyen baterías de aire que usan aire en el aire para reducir el peso y baterías de iones multivalentes que usan una gran cantidad de energía. electricidad como los iones de magnesio.

Similar a la "batería totalmente sólida", después de la prueba de funcionamiento real de los vehículos eléctricos en los últimos años, los gigantes de la industria han afirmado la seguridad de la batería de hierro BYD, pero ¿cuáles son las ventajas y desventajas de la "batería totalmente sólida"? ¿batería?

De hecho, la batería de litio es solo un término general. Si se subdivide de acuerdo con su material de cátodo, habrá cobaltato de litio, manganato de litio y fosfato de hierro y litio. Las ventajas y desventajas de la batería de litio se describen a continuación.

¿Qué es la batería de fosfato de hierro y litio?

El interior de una batería de iones de litio se compone principalmente de un electrodo positivo, un electrolito de electrodo negativo y un separador. El positivo, el negativo y el electrolito de una batería de iones de litio pueden tener diferentes rendimientos y diferentes nombres según los materiales utilizados. Las baterías de litio que se utilizan comúnmente en el mercado se clasifican en cobaltato de litio (LiCoO2) y manganato de litio (LiMn2O4), y el personaje principal de este artículo, fosfato de hierro y litio (LiFePO4).

Como tipo de batería de litio, el fosfato de hierro y litio se utiliza principalmente en el campo de los sistemas de energía, como vehículos eléctricos, aeroespacial militar, herramientas eléctricas y UPS. Es más adecuado debido a su excelente estabilidad estructural, rendimiento de seguridad y larga vida útil. Utilizado en el campo de los sistemas de potencia. Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen al menos cinco ventajas sobre las baterías de iones de litio que utilizan otros materiales positivos.

Cinco ventajas, seguridad y longevidad

En comparación con las baterías de óxido de cobalto de litio y manganato de litio más comunes actualmente en el mercado, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen al menos cinco ventajas: mayor seguridad, mayor vida útil y ausencia de metales pesados y metales raros (materias primas), bajo costo, rápido carga y amplio rango de temperatura de funcionamiento.

Mayor seguridad

El fosfato de hierro y litio resuelve completamente el problema de riesgo de seguridad del cobaltato de litio y el manganato de litio. Muestra que la fuerza de unión del enlace químico de fosfato es más fuerte que la de la estructura tradicional de óxido metálico excesivo, por lo que la estructura es más estable y no es fácil liberar oxígeno.

Mayor vida útil

En la actualidad, la mayoría de las baterías de iones de litio utilizadas en las fuentes de alimentación móviles en el mercado tienen un ciclo de vida de aproximadamente 500 a 800 veces, mientras que las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una vida útil de al menos 2000 veces y su capacidad se puede mantener por encima de 80%. Por lo tanto, si la unidad de almacenamiento de energía interna de la fuente de energía móvil es un producto de fosfato de hierro y litio, tiene una ventaja absoluta en la vida útil normal.

No contiene metales pesados ni metales raros.

El material del cátodo de la batería de fosfato de hierro y litio no contiene metales preciosos ni metales raros, por lo que es más respetuoso con el medio ambiente y puede reducir eficazmente la contaminación ambiental. Además, una amplia gama de fuentes de materiales también lo hacen más bajo en costo de material y superior en precio.

Admite carga rápida

En términos de velocidad de carga, el fosfato de hierro y litio también tiene una mayor ventaja, ya que admite las características de carga rápida para admitir al menos una velocidad de carga de 2C (C es el parámetro de carga, como la capacidad de la batería de 1000 mAh, la corriente de 2C es de 1000 mA × 2 = 2000 mA ), que puede reducir significativamente el tiempo de carga.

Amplio rango de temperatura de funcionamiento

En comparación con otras baterías de litio, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen un rango de temperatura de funcionamiento más amplio y pueden funcionar normalmente entre -20 ° C y +75 ° C.Algunas baterías de fosfato de hierro y litio con resistencia a altas temperaturas también se pueden usar a 350. Funcionamiento normal en el rango de ° C a 500 ° C, tiene más ventajas que el límite de 200 ° C del manganato de litio y el óxido de cobalto y litio.

Por lo tanto, en comparación con las baterías de óxido de cobalto de litio y manganato de litio, las ventajas más obvias del fosfato de hierro y litio son el factor de seguridad extremadamente alto, el soporte para carga rápida (carga de alta corriente) y un rango de temperatura de funcionamiento más amplio. Permite a los consumidores preocuparse por la seguridad de las baterías de litio y utilizarlas en entornos más duros. Sin embargo, existen algunas deficiencias en el fosfato de hierro y litio en comparación con las baterías de óxido de cobalto de litio y manganato de litio de uso generalizado, ver más abajo.

Los tres principales inconvenientes aún no son perfectos

Después de presentar brevemente las ventajas de las baterías de fosfato de hierro y litio, veamos algunas de las deficiencias que existen. Se divide principalmente en tres aspectos: baja densidad de grifería, problema de consistencia y alto costo de producción.

Densidad de grifo baja

Para las baterías de iones de litio, la densidad de derivación puede determinar el tamaño de la batería a la misma capacidad, y la menor densidad de derivación es una deficiencia que debe resolverse en la batería actual de fosfato de hierro y litio. En comparación con el cobaltato de litio y el manganato de litio, las baterías de fosfato de hierro y litio de la misma capacidad son más grandes, lo cual es una de las razones por las que las baterías de fosfato de hierro y litio no han aumentado en el campo de los teléfonos móviles y similares.

Problema de consistencia

Aunque las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una ventaja absoluta durante su vida útil en comparación con las baterías de óxido de cobalto de litio y manganato de litio. Sin embargo, en modo batería, su vida se reducirá considerablemente. Debido a que el paquete de baterías está conectado por una gran cantidad de celdas individuales en serie, si falla una batería en todo el paquete de baterías, el reemplazo es muy problemático, por lo que el ciclo nominal actual del paquete de baterías en el vehículo eléctrico. La razón de la misma vida es 500 veces.

Costos de producción más altos

Dado que las propiedades físicas del material en el electrodo positivo de fosfato de hierro y litio son bastante diferentes de las de otros materiales de batería de litio, el tamaño de partícula es pequeño, la densidad del grifo es pequeña y similares, por lo que los requisitos del proceso en el proceso de fabricación son alto, y el voltaje nominal es 3.2. V, menor que el voltaje normal de la batería de litio de 3,7 V, por lo que los requisitos para fabricar la composición completa de la batería y los equipos y procesos de fabricación relacionados son más altos que los de otras baterías de litio.

Además de los tres inconvenientes principales anteriores de las baterías de fosfato de hierro y litio, todavía existe un problema potencial que obstaculiza el desarrollo de las baterías de fosfato de hierro y litio, que es la disputa de patentes de los materiales de cátodo. Dejemos que el costo total actual del fosfato de hierro y litio sea más alto que el de las baterías de óxido de cobalto de litio y manganato de litio que se han popularizado. Sin embargo, es gratificante que la cuestión de las patentes se haya solucionado recientemente.

Futuro brillante

La siguiente tabla compara varias comparaciones de datos obvias entre baterías de fosfato de hierro y litio y baterías de manganato de litio y óxido de cobalto de litio, principalmente a través de varios aspectos como voltaje nominal, rango de voltaje de carga y descarga y energía específica de volumen.

Resumen: ya sea fosfato de hierro y litio, óxido de cobalto de litio, manganato de litio o una batería completamente sólida, la siguiente dirección de desarrollo no solo puede centrarse en la mejora de la densidad de energía, sino que también debe preocuparse la seguridad de la batería, en los próximos años, la batería se utilizará a gran escala. Después de eso, se resaltará este problema. Las instituciones de I + D deben planificar con anticipación y eliminar estos peligros ocultos en la cuna. Es una situación paralizada para evitar el despegue de la industria del vehículo eléctrico.

La página contiene el contenido de la traducción automática.