Introducción de la batería de nueva energía, el último avance en la tecnología de baterías de automóviles

En los últimos años, con el rápido crecimiento de la producción y venta de vehículos de nueva energía, la industria de baterías de energía de China ha logrado un gran progreso. El componente central de un vehículo de nueva energía es la batería de potencia del vehículo, que es la fuente de energía del vehículo de nueva energía, que determina directamente el rango de crucero del automóvil.

La batería ternaria y la batería de fosfato de hierro y litio son las aplicaciones líderes en los campos de los automóviles de pasajeros y vehículos comerciales. En la actualidad, la batería del automóvil de pasajeros es principalmente ternaria y la batería del vehículo comercial es principalmente una batería de fosfato de hierro y litio.

Clasificación de baterías de nueva energía

Primero, batería de plomo ácido

Como tecnología relativamente madura, las baterías de plomo-ácido siguen siendo las únicas baterías para vehículos eléctricos que pueden producirse en masa debido a su bajo costo y alta velocidad de descarga. En los Juegos Olímpicos de Beijing, hubo 20 vehículos eléctricos que usaban baterías de plomo-ácido para brindar servicios de transporte para los Juegos Olímpicos.

Sin embargo, la energía específica, la potencia específica y la densidad de energía de las baterías de plomo-ácido son muy bajas, y los vehículos eléctricos que utilizan esto como fuente de energía no pueden tener una buena velocidad y rango de crucero.

En segundo lugar, batería de níquel-cadmio y batería de níquel-hidrógeno

Aunque el rendimiento es mejor que el de las baterías de plomo-ácido, contiene metales pesados, que pueden causar contaminación ambiental después de ser abandonados.

La batería de níquel-hidrógeno acaba de entrar en una etapa madura y es el único sistema de batería que actualmente se verifica, comercializa y escala en el sistema de batería utilizado en vehículos híbridos. La cuota de mercado actual de las baterías híbridas es 99% batería de níquel-hidrógeno, comercial el representante de la sustancia química es el Toyota Prius. En la actualidad, los principales fabricantes de baterías de energía para automóviles del mundo incluyen principalmente a PEVE y Sanyo en Japón. PEVE ocupa el 85% de la batería híbrida Ni-MH global para vehículos eléctricos. Actualmente, se utilizan los principales vehículos híbridos comerciales como el Prius, Alphard y EsTIma de Toyota, así como el Civic, Insight, etc. de Honda, los paquetes de baterías de níquel-hidrógeno de PEVE. En China, Changan Jiexun, Chery A5, FAW Pentium, General Motors y otras marcas de automóviles han estado en la operación de demostración, también usan baterías de hidruro metálico de níquel, pero la batería se compra principalmente en el extranjero, la batería nacional de níquel-hidrógeno en el coche todavía en la fase de adaptación de I + D.

En tercer lugar, batería de litio

Las baterías tradicionales de plomo-ácido, las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidrógeno son relativamente maduras en su propia tecnología, pero se utilizan como baterías de energía en los automóviles. En la actualidad, cada vez más fabricantes de automóviles optan por utilizar baterías de litio como batería de potencia para vehículos de nueva energía.

Porque la batería de iones de litio tiene las siguientes ventajas: alto voltaje de funcionamiento (tres veces mayor que la batería de níquel-cadmio); gran energía específica (hasta 165WH / kg, que es 3 veces la de la batería de hidrógeno-níquel); talla pequeña; peso ligero Ciclo de vida largo; baja tasa de autodescarga; sin efecto memoria; sin contaminacion.

Muchos fabricantes de automóviles conocidos están desarrollando actualmente vehículos eléctricos con batería de litio, como Ford, Chrysler, Toyota, Mitsubishi, Nissan, Hyundai, Courreges y Ventury. Los fabricantes de automóviles nacionales como BYD, Geely, Chery, Lifan y ZTE también están equipados con baterías de litio en sus vehículos híbridos y eléctricos puros.

El cuello de botella que actualmente obstaculiza el desarrollo de baterías eléctricas de iones de litio es el rendimiento de seguridad y los sistemas de gestión para baterías automotrices. En términos de rendimiento de seguridad, la batería de iones de litio tiene una alta densidad de energía, una alta temperatura de funcionamiento y un entorno de trabajo hostil, y un concepto de seguridad orientado a las personas. Por lo tanto, los usuarios tienen requisitos muy estrictos para la seguridad de las baterías. En el sistema de gestión de la batería del automóvil, dado que el voltaje de funcionamiento de la batería del automóvil es de 12 V o 24 V, y el voltaje de funcionamiento de la batería de iones de litio de una sola potencia es de 3,7 V, es necesario aumentar el voltaje conectando una pluralidad de baterías en serie, pero es difícil implementar la batería. Carga y descarga completamente uniformes, lo que provoca que una sola batería en una serie de paquetes de baterías se cargue y descargue desequilibrada, la batería estará subcargada y sobre descargada, y esta situación conducirá a un fuerte deterioro del rendimiento de la batería y, en última instancia, como como resultado, toda la batería no funciona correctamente o incluso se desecha, lo que afecta en gran medida la vida útil y la confiabilidad de la batería.

Cuarto, batería de fosfato de hierro y litio

La batería de fosfato de hierro y litio también es un tipo de batería de litio, que tiene menos de la mitad de la energía de la batería de óxido de cobalto de litio, pero su seguridad es alta, el número de ciclos puede llegar a 2000 veces, la descarga es estable y el precio es barato , que se convierte en una nueva opción para la potencia del vehículo.

BYD "batería de hierro", la industria cree que es más probable que sea una batería de fosfato de hierro y litio.

Quinto, pila de combustible

En resumen, una pila de combustible es un dispositivo de generación de energía que convierte directamente la energía química presente en un combustible y un oxidante en energía eléctrica. El combustible y el aire se introducen en la pila de combustible por separado y la electricidad se produce de forma maravillosa. Parece un electrodo y electrolito positivo y negativo, como una batería, pero de hecho no puede "almacenar electricidad" sino una "planta de energía".

El más prometedor para los automóviles es la celda de combustible de membrana de intercambio de protones. Su principio de funcionamiento es: enviando hidrógeno al electrodo negativo, mediante la acción del catalizador (platino), se separan dos electrones en el átomo de hidrógeno. Bajo la atracción del electrodo positivo, los dos electrones generan electricidad a través de un circuito externo y los electrones pierden electrones. Los iones (protones) pueden atravesar la membrana de intercambio de protones (es decir, el electrolito sólido), recombinándose con los átomos de oxígeno y los electrones en agua en el electrodo positivo. Dado que se puede obtener oxígeno del aire, siempre que se suministre hidrógeno de forma continua al electrodo negativo y se extraiga agua (vapor) a tiempo, la pila de combustible puede suministrar energía eléctrica de forma continua.

Debido a que la celda de combustible convierte directamente la energía química del combustible en energía eléctrica, sin pasar por el proceso de combustión, no está limitada por el ciclo de Carnot. En la actualidad, la eficiencia de conversión de energía eléctrica de combustible de un sistema de pila de combustible es del 45% al 60%, mientras que la eficiencia de la generación de energía térmica y la energía nuclear es de aproximadamente el 30% al 40%.

Avance de baterías de vehículos de nueva energía

“ El año pasado, la industria de vehículos eléctricos se está transformando en un desarrollo de alta calidad y la situación es muy gratificante”. El 7 de enero, en vísperas del Foro Diaoyutai de China, el presidente de la Asociación de 100 miembros de vehículos eléctricos de China, Qingtai Chen, aceptó el Informe económico del siglo XXI, dijo el reportero en una entrevista.

El principal resultado de la transformación del desarrollo de alta calidad es: el desarrollo positivo ha reemplazado casi por completo al desarrollo inverso, la capacidad de innovación ha seguido mejorando y el nivel técnico general ha alcanzado un gran paso; la aceptación de los vehículos eléctricos entre los usuarios y el mercado se ha incrementado rápidamente; Los principales productos Desde la gama media y baja hasta la gama media y alta, algunos ya se han propuesto apuntar a automóviles de gama alta y marcas de lujo.

Al mismo tiempo, cuando las principales empresas automotrices del mundo se esfuerzan por anunciar la transición a los vehículos eléctricos, el sistema industrial de vehículos eléctricos en China está mejorando gradualmente. Los componentes principales, especialmente las baterías de potencia, siempre han mantenido un nivel de clase mundial, y los componentes principales y las capacidades de soporte han mejorado rápidamente.

Coche de supercombustible rentable

En 2017, las ventas acumuladas de vehículos de nueva energía en China de enero a noviembre fueron de 609.000 unidades, un aumento interanual del 51,4% y el objetivo anual de completar 700.000 vehículos estaba a solo un paso. Algunos expertos predicen que los datos de ventas de diciembre aún no han salido, pero las ventas totales de vehículos de nueva energía en 2017 pueden superar los 800.000.

"Los vehículos eléctricos avanzarán hasta un punto crítico, es decir, el rendimiento de costos de los vehículos eléctricos alcanzará y superará al de los vehículos de combustible. Si se supera este obstáculo, los vehículos eléctricos pueden desarrollarse de forma independiente en función de las fuerzas del mercado. Ahora depende de las políticas y subsidio del gobierno. Qingtai Chen dijo a los periodistas que después de que los subsidios financieros fueran completamente abolidos, la política de doble punto como política alternativa, la proporción de vehículos de nueva energía continuará aumentando sobre la base del 12% en 2020.

¿Cuándo aparecerá este umbral? El juicio de Qingtai Chen es alrededor de 2025.

En este sentido, Qingtai Chen sugirió que las empresas automotrices deben estar preparadas en los siguientes aspectos: Primero, una vez que los subsidios financieros hayan disminuido, harán un buen trabajo para garantizar el desarrollo sostenible. Además, los propios vehículos eléctricos deben mejorar su rentabilidad mediante el ahorro de energía y el peso ligero. En segundo lugar, la tecnología de productos necesita operaciones de dos líneas. Una de las líneas del frente es mejorar la función de conducción del automóvil. El otro es aplicar la conexión y el uso compartido de redes inteligentes a los vehículos de nueva energía. En tercer lugar, la conducción automática es una altura dominante para el futuro. Cuarto, debemos prestar mucha atención a la construcción de marca en un tiempo limitado.

Al mismo tiempo, con la profunda integración de la industria automotriz con nuevas tecnologías como la electrificación, la inteligencia y la tecnología de la información, ha surgido un gran número de nuevas empresas generadoras de energía en China. De seguir a afectar al mundo, la industria automotriz de China está saliendo de un camino de un gran país automotor a un país automotor fuerte.

"Para estar verdaderamente en el escenario mundial en vehículos eléctricos, o para crear nuestras propias características únicas, es imposible depender completamente de los vehículos eléctricos, y es difícil hacerlo mejor que los autos tradicionales. Sin embargo, si podemos hacer esfuerzos en tal aspectos como la conexión a la red, la inteligencia y los viajes compartidos, lo vamos a poder superar, porque esa es nuestra fortaleza. Espero mucho que las empresas de Internet entren en la industria del vehículo eléctrico a gran escala y compartan este pastel para cambiar el gen de coches tradicionales ", dijo Chen Qingtai.

Sin embargo, Minggao Ouyang, vicepresidente ejecutivo de China Electric Vehicles 100, enfatizó que, aunque la tecnología central de los vehículos eléctricos suele ser la batería, el motor y el control electrónico, para los fabricantes de equipos originales. Se tratan más de la integración de la marca, la tecnología y los servicios de marketing.

En comparación con los automóviles tradicionales, esto es particularmente evidente en los vehículos eléctricos, y la brecha entre los fabricantes de automóviles chinos y los fabricantes de automóviles extranjeros se manifiesta más en el consumo general de energía. "La nueva generación de Nissan del viento, en las condiciones de trabajo europeas, 40 grados de funcionamiento eléctrico de más de 300 kilómetros, incluso en las condiciones de trabajo japonesas puede correr a 400 kilómetros, la brecha entre nuestras compañías automotrices nacionales y ellos es relativamente grande". Minggao Ouyang Dile al reportero.

Power Battery tiene un gran avance en energía

Minggao Ouyang también dijo que en 2017 la tecnología de batería de energía de China ha logrado un progreso sustancial, la densidad de energía del sistema de batería de energía ha alcanzado 150 vatios-hora / kg o más, las celdas de batería de iones de litio se espera que la energía alcance 300 vatios para 2020 Tiempo / kg objetivo.

El 1 de marzo de 2017, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma, el Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Ministerio de Finanzas emitieron el “Plan de Acción para Promover el Desarrollo de la Industria de Baterías de Energía Automotriz” (en adelante denominado “Plan de Acción”), que proponía como objetivo principal el desarrollo de baterías eléctricas hasta 2020. En el año, la energía específica de la nueva unidad de batería de iones de litio supera los 300 vatios-hora / kg; La energía específica del sistema se esfuerza por alcanzar los 260 vatios-hora / kg, el costo se reduce a menos de 1 Yuan / vatio hora y el entorno de uso es de -30 ° C a 55 ° C con capacidad de carga 3C. Para 2025, la tecnología de batería de potencia del nuevo sistema ha logrado avances, con una energía específica de monómero de 500 vatios-hora / kg.

"En la actualidad, la investigación y el desarrollo de tecnología en el país y en el extranjero están básicamente al mismo nivel, pero el núcleo de las baterías de iones de litio es la seguridad". Minggao Ouyang dijo que en la investigación especial de vehículos de nueva energía, Ningde Times New Energy, Tianjin Lishen, Hefei Guoxuan han logrado un gran avance tecnológico.

Se entiende que la densidad de energía de las celdas de la batería de energía en la era de Ningde ha alcanzado los 304 vatios-hora / kg, el ciclo de vida es básicamente de alrededor de 1000 veces y se pasan todas las pruebas de seguridad; Además, el ciclo de vida y la densidad de energía del equipo de Lishen y Guoxuan son diferentes de los requisitos previstos.

Sin embargo, el desarrollo de la tecnología de baterías de energía de China no está equilibrado. Minggao Ouyang dijo a los periodistas que la investigación actual sobre baterías eléctricas en China se puede resumir en cuatro aspectos: primero, la energía específica de 300 vatios-hora / kg de monómero puede industrializarse en 2020, pero la seguridad debe fortalecerse. Los dos nuevos tipos de objetivos, baterías de litio-azufre y litio-aire, actualmente tienen un progreso relativamente lento en el país y en el extranjero. No se han visto avances en 2017. En tercer lugar, la industrialización de las baterías de estado sólido continúa calentándose, pero la interfaz sólido / sólido es estable. La limitación de los dos problemas de capacidad de carga del ánodo de metal y litio, la verdadera batería de ánodo de metal de litio totalmente sólida aún no ha madurado, pero la batería de iones de litio con sulfuro inorgánico como electrolito sólido ha logrado un gran avance; el cuarto es el ánodo rico en litio de alta capacidad de China. En términos de materiales, se lograron algunos avances en 2017. La innovadora batería de iones de litio basada en un electrodo positivo rico en litio de alta capacidad y un electrodo negativo de carbono de silicio de alta capacidad es más factible que la batería de litio-azufre y litio-aire.

Según este juicio, en 2020, la densidad de energía de las celdas de la batería de energía de China alcanzará los 300 vatios-hora / kg, la potencia específica alcanzará los 1000 vatios-hora / kg, el ciclo será más de 1000 veces y el costo será ser inferior a 0,8 yuanes / vatio-hora; 2020-2025, potencia La densidad de energía de las celdas de la batería se puede aumentar de 300 vatios-hora / kg a 400 vatios-hora / kg, y el costo por vatio-hora se reduce de 0,8 yuanes a menos de 0,6 yuanes.

"En 2025, el kilometraje razonable de un automóvil eléctrico puro con una relación precio / rendimiento general es de 300 a 400 km. Pero en 2030, el mayor avance tecnológico se reflejará en el electrolito. La batería de estado sólido se industrializará a gran escala , y se espera que la celda de la batería alcance los 500 vatios-hora / kg. En 2030, el modelo rentable convencional, el rango de crucero debería poder alcanzar más de 500 kilómetros ". Dijo Ming Gao Ouyang.

El último avance en tecnología de baterías para automóviles

No hace mucho, el automóvil Fisker de Estados Unidos emitió una noticia de patente que causó atención en todo el mundo. Desarrolló una batería de estado sólido que puede aumentar la duración de la batería de los vehículos eléctricos a 804 km con solo 1 minuto de tiempo de carga. En 2020, el costo de los materiales y la tecnología de fabricación ha reducido el costo a un tercio de las baterías de litio convencionales.

Las baterías de estado sólido han entrado en el campo de visión de la mayoría de las personas. De hecho, son las mismas que las actuales baterías de litio líquido. La mayor diferencia es que el electrolito se vuelve sólido y los iones más cargados se concentran por densidad y ventajas estructurales. En un extremo, puede conducir más corriente y la capacidad de la batería aumenta considerablemente.

Las características más notables de las baterías de estado sólido son dos. Uno es la densidad de alta energía. Muchos laboratorios ya han alcanzado 300-400Wh / kg, que es 2,5-3 veces más que las baterías de litio tradicionales. Además, es más seguro y se elimina más. Peligros de quemaduras provocados por accidentes como grietas o altas temperaturas.

Por supuesto, las baterías de estado sólido también tienen deficiencias, es decir, la conductividad general es baja, la resistencia interna es grande y la velocidad de carga es lenta. En cuanto a cómo el automóvil estadounidense Fisker puede cargar durante 1 minuto y durar 800 kilómetros, es su secreto principal.

En general, si las baterías de estado sólido pueden ser industrializadas de bajo costo y orientadas al mercado, resolverá completamente el problema central de la popularidad actual de los vehículos eléctricos, y los vehículos de nueva energía realmente matarán a los vehículos de gasolina.

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