Les bateries d’energia d’automòbils són els components bàsics dels vehicles elèctrics. Les bateries de diferents rutes tècniques varien significativament en els escenaris de rendiment, cost i aplicables. A continuació es mostra una anàlisi de les principals classificacions i els seus avantatges i desavantatges.
1. Bateries d’ions de liti (tecnologia principal)
Les bateries d’energia d’ions de liti, denominades bateries de liti, són bateries que utilitzen metall de liti o aliatge de liti com a materials d’elèctrodes negatius i solucions d’electròlits no aquoses.
1. Bateries de liti ternari (NCM/NCA)
Materials càtodes: òxids de níquel (Ni), cobalt (CO), manganès (Mn) o alumini (Al).
Avantatges:
Densitat energètica alta (200-300 wh/kg) i rang de conducció llarg;
Un bon rendiment de baixa temperatura (encara pot mantenir una gran capacitat a -20 grau);
Capacitat de càrrega ràpida forta.
Desavantatges:
Elevat cost (depèn de metalls escassos com el cobalt i el níquel);
Pobra estabilitat tèrmica (desbordament fàcil de desbordament, que requereix una protecció complexa de BMS);
Life de cicle curt (sobre 1000-2000 vegades).
Sol·licitud: cotxes de passatgers de gamma alta (com Tesla i NIO).
2. Bateria de fosfat de ferro de liti (LFP)
Material del càtode: fosfat de ferro de liti.
Avantatges:
Alta seguretat (bona estabilitat d’alta temperatura, no és fàcil d’explotar);
Llarga Cycle Life (3000-5000 vegades);
Cost baix (sense dependència dels recursos de cobalt i níquel).
Desavantatges:
Densitat d’energia baixa (150-200 wh/kg);
Un mal rendiment de baixa temperatura (-10 La capacitat de grau baixa significativament);
Plataforma de baixa tensió, cal connectar més cèl·lules en sèrie.
Aplicació: vehicles elèctrics de gamma baixa, vehicles comercials (com les bateries BYD Blade).
3. Altres bateries d’ions de liti
Oxid de cobalt de liti (LCO): alta densitat energètica, però elevat cost i mala seguretat, principalment utilitzada en electrònica de consum.
Oxid de manganès de liti (LMO): baix cost, bona seguretat, però curta vida, utilitzada en models híbrids.
2. Bateria d’hidrur de níquel-metall (tecnologia de transició)
La bateria d’hidrur de níquel-metall és una bateria secundària que es pot carregar i descarregar repetidament. És un nou tipus de bateria verda desenvolupada a la dècada de 1990 per substituir les bateries tradicionals de níquel-cadmi.
Avantatges:
Alta seguretat (sobrecàrrega/resistència de descàrrega);
Bon rendiment de baixa temperatura (disponible a -30 grau);
Protecció ambiental (sense contaminació de metalls pesants).
Desavantatges:
Densitat d’energia baixa (60-120 wh/kg);
Alta taxa d’auto-descàrrega (aproximadament un 30% al mes);
Elevat cost (que conté metalls rars).
Aplicacions: vehicles híbrids (com Toyota Prius), trànsit ferroviari, bateries de còpia de seguretat, cases intel·ligents.
3. Bateria de plom-àcid (eliminat gradualment)
Classificació: bateria de plom-àcid ordinari, AGM (millorat).
Avantatges:
Cost extremadament baix (tecnologia madura);
Bon rendiment de descàrrega de gran velocitat (adequat per començar l’alimentació).
Desavantatges:
Densitat d’energia extremadament baixa (30-50 wh/kg);
Life de cicle curt (300-500 vegades);
Contaminació severa (conté plom i àcid sulfúric).
Aplicació: vehicles elèctrics de baixa velocitat, vehicles de combustible inicials de bateries.
4. Bateries d’estat sòlid (tecnologia futura)
Les bateries d’estat sòlid es poden entendre com a bateries que utilitzen electròlits sòlids. Les bateries d’estat sòlid no són inflamables, no produeixen electròlits líquids i no són corrosives. Per tant, són una manera eficaç de resoldre problemes de seguretat de la bateria.
Característiques tècniques: Substituïu els electròlits líquids per electròlits sòlids.
Avantatges:
Alta densitat d’energia teòrica (400+ wh/kg);
Seguretat molt millorada (sense fuites, no inflamables);
Vida de cicle llarg (fins a 10, 000 vegades).
Desavantatges:
Cost extremadament elevat (procés de fabricació complex);
Problemes d’impedància de la interfície que s’han de resoldre;
Encara no es comercialitza a gran escala.
Progrés: Es preveu que Toyota, Catl i altres empreses produeixin masses el 2030.
5. Bateria d’ions de sodi (tecnologia emergent)
Avantatges:
Matèries primeres riques (recursos amples de sodi);
Excel·lent rendiment de baixa temperatura (80% de capacitat a -40 grau);
Cost baix (30% inferior al fosfat de ferro de liti).
Desavantatges:
Densitat d’energia baixa (100-160 wh/kg);
Cal millorar la vida del cicle (actualment aproximadament 2, 000 vegades).
Aplicacions: emmagatzematge d’energia, vehicles elèctrics de baixa velocitat (CATL ha llançat productes).
6. Cila de combustible (energia d'hidrogen)
La pila de combustible és un dispositiu de generació d’energia que converteix directament l’hidrogen i l’oxigen d’alta puresa en energia elèctrica mitjançant reaccions químiques.
Principi: generar electricitat mitjançant la reacció d’hidrogen-oxigen i el producte és l’aigua.
Avantatges:
Densitat d’energia extremadament elevada (l’emmagatzematge d’hidrogen és 10 vegades la de les bateries de liti);
Hidrogenació ràpida (3-5 minuts);
Emissions zero.
Desavantatges:
Alt cost (Catalyst Platinum, tecnologia d’emmagatzematge d’hidrogen);
Manca d’infraestructures (poques estacions d’hidrogenació);
La producció d’hidrogen es basa en l’energia fòssil.
Sol·licitud: vehicles comercials, camions pesats (com Toyota Mirai).
Taula de comparació de resum
| Tipus de la bateria | Densitat energètica | Seguretat | Costar | Vida útil | Escenaris aplicables |
| bateria de liti ternari | Alt | Mitjà | Alt | Mitjà | Vehicles elèctrics de gamma alta |
| Bateria de fosfat de ferro de liti | Mitjà | Alt | Baix | Llarg | Vehicles de gamma mitjana, emmagatzematge d'energia |
| bateria d'hidrur de níquel | Baix | Alt | Mitjà-alt | Mitjà | Vehicles híbrids |
| bateria de plom-àcid | Molt baix | Alt | Molt baix | Curt | Vehicles de baixa velocitat, fonts d’energia inicial |
| bateria isomorfa | Molt alt (teòric) | Molt alt | Molt alt | Extremadament llarg | Futurs escenaris complets |
| bateria de ions de sodi | Medi baix | Alt | Baix | Mitjà | Emmagatzematge d’energia, necessitats de baix cost |
| pila de combustible d'hidrogen | Molt alt | Mitjà | Molt alt | Mitjà | Vehicles comercials, transport de llarga distància |
Tendències i reptes
A curt termini: el fosfat de ferro de liti (reducció de costos) i el liti ternari (llarga durada de la bateria) conviuen;
Termini mitjà: les bateries d’ions de sodi complementen el mercat de gamma baixa i les bateries d’estat sòlid es comercialitzen gradualment;
A llarg termini: les piles de combustible d’hidrogen poden convertir -se en la força principal dels camions pesats/aviació, però es basen en la maduresa de la cadena de la indústria d’hidrogen verda.