Simple diba? Maliban sa wala tungkol sa mga bateryang ito ay talagang simple kapag sinimulan mo na ang paghuhukay sa mga detalye, na gagawin ko dahil hindi ko mapigilan ang sarili ko.
Bakit lithium bagaman? (Dito ako naiinis)
Numero ng elemento 3. Hydrogen, helium, lithium. Yan ang utos. Napakaliit ng atom dahil mayroon lamang itong 3 proton.
At narito ang bagay tungkol sa lithium - na talagang gusto nitong alisin ang panlabas na electron nito. Parang gustong-gusto. Ito ay medyo hindi matatag sa ganoong paraan. Alam mo ba ang mga video na iyon ng mga taong nagtatapon ng sodium sa tubig at ito ay umuusok at nagliyab? Ginagawa iyon ng Lithium ngunit KARAGDAGANG. Napanood ko ang isang tao na naghulog ng isang tipak ng lithium metal sa isang balde ng tubig minsan sa isang demonstrasyon ng kaligtasan noong 2011 (o 2012?) at sa totoo lang ay nakakatakot kung gaano ito kabilis mag-react. Natunaw ang balde.
Teka, hindi natunaw ang balde. Ang tubig ay kumulo at ang lithium ay nagliyab sa ibabaw. Maayos ang balde. Ang alaala ko ay tae.
Anyway point ay: purong lithium metal ay mapanganib. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga modernong lithium-ion na baterya ay hindi gumagamit ng purong lithium metal - gumagamit sila ng lithium IONS. Naka-oxidized na lithium. Ang Li+ form. Mas stable.
Ang boltahe na nakukuha mo ay nasa paligid ng 3.6-3.7V bawat cell na disente. Mas mahusay kaysa sa alkaline (1.5V) o NiMH (1.2V). Nangangahulugan na kailangan mo ng mas kaunting mga cell upang maabot ang iyong target na boltahe. Kaya naman may 6 na cell ang baterya ng iyong laptop sa halip na 15.
Gayundin - at dapat kong binanggit itong unang - lithium ay LIGHT. Pangatlong pinakamagaan na elemento. Kaya makakakuha ka ng mataas na density ng enerhiya nang walang nakakabaliw na timbang. Iyon ang dahilan kung bakit gumagamit ang mga EV ng lithium-ion at hindi lead-acid. Ang lead-acid na baterya na may parehong enerhiya ay literal na tumitimbang ng 5-6 na beses na mas mataas. Ang iyong Tesla ay mangangailangan ng forklift upang mapalitan ang baterya.
Ang aktwal na mga bahagi (buckle up ito ay nagiging teknikal)
Anode (negatibong panig):
Karaniwang grapayt. Oo, ang parehong mga bagay na nasa mga lapis, maliban sa paraan na mas dalisay at naproseso sa ibang paraan.
Ang graphite ay may ganitong layered crystal na istraktura - isipin ang isang deck ng mga card sa atomic level. Ang mga layer ay pinagsasama-sama ng mga mahihinang puwersa ng van der Waals (nagbabalik ang chemistry sa high school upang sumama sa iyo). Maaaring madulas ang mga lithium ions sa pagitan ng mga layer na ito at... tumambay lang doon. Ang teknikal na termino ay "intercalation" ngunit sa tingin ko ito ay parang paradahan ng mga sasakyan sa isang maraming-kuwento na garahe.
Ang teoretikal na max na kapasidad ay 372 milliamp-na oras bawat gramo. Tunay na-mundo makakakuha ka ng 340-360 mAh/g kung hindi nakakapagod ang pagmamanupaktura. Nakakita ako ng mga cell mula sa ilang Chinese na manufacturer na halos hindi umabot sa 310 mAh/g. Not going to name names but if you rearrange the letters in "BYD" you get... okay I'm names names. Ang kanilang mga unang cell ay magaspang. Naging mas mahusay sila mula noong 2018.
Ngayon ay patuloy na pinag-uusapan ng lahat ang tungkol sa mga anod ng silikon dahil sa teoryang ang silikon ay maaaring humawak ng 10x na higit pang lithium kaysa sa grapayt. Mukhang kamangha-manghang tama? 3700+ mAh/g teoretikal na kapasidad.
Ang problema - at ito ang problemang "halos nalutas" mula noong nagsimula ako sa industriyang ito - ay ang silicon na lumalawak nang humigit-kumulang 300% kapag pinaandar mo ito. Ang mga particle ay literal na pumutok. Isipin ang pagpapalaki ng lobo sa loob ng isang kongkretong bloke. Ang kongkreto ay hindi nababaluktot, ito ay nasisira lamang.
Gumagamit si Tesla ng ilang silikon ngayon, na may halong grapayt. Siguro 5-10% silicon? Balita ko 8% pero baka mali ako. Ang punto ay ito ay isang maliit na halaga. Hindi pa rin handa ang mga purong silicon anode sa kabila ng sinasabi ng bawat Series A pitch deck ng startup.
Cathode (positibong panig):
Oh anak. Ito ay kung saan ito ay nagiging magulo dahil mayroong tulad ng 6 na magkakaibang mga cathode chemistries at lahat ay may mga opinyon tungkol sa kung alin ang pinakamahusay at lahat sila ay mali dahil ito ay nakasalalay sa iyong aplikasyon.
Ang orihinal mula sa Sony noong 1991 ay lithium cobalt oxide - LiCoO₂. Tinatawag namin itong "LCO" sa madaling salita. Ang density ng enerhiya ay medyo maganda - 150-200 mAh/g depende sa kung sino ang gumawa nito. Ngunit ang thermal stability ay kahila-hilakbot. Kung sobrang singil mo ito o masyadong mainit, ang istraktura ng kristal ay naglalabas ng oxygen. Oxygen + organic electrolyte + init=masamang araw. Malamang na gumagamit ng LCO ang iyong telepono dahil hindi kailangang tumagal ng 10 taon ang mga telepono at hindi ka mabilis-nagcha-charge sa mga ito sa 10C.
Pagkatapos ay mayroong NMC - nickel manganese cobalt oxide. Ito ang ginagamit ngayon ng karamihan sa mga EV. Ang ratio ng nickel sa manganese sa kobalt ay patuloy na nagbabago. Nagsimula bilang 1:1:1 (pantay na bahagi). Pagkatapos ay lumipat ang mga tagagawa sa 5:3:2. Tapos 6:2:2. Ngayon ay nasa 8:1:1 na tayo o kahit na 9:0.5:0.5 sa ilang high-end na cell.
Bakit ang shift? Mahal ang Cobalt. Like mahal talaga. Karamihan din sa cobalt ay nagmumula sa DRC (Democratic Republic of Congo) at ang sitwasyon sa pagmimina doon ay... kumplikado. Child labor, hindi ligtas na mga kondisyon, ang buong gulo. Kaya sinusubukan ng lahat na gumamit ng mas kaunting kobalt.
Mas maraming nickel=na mas maraming kapasidad ngunit mas mababa ang thermal stability. Mas maraming manganese=na mas mura at mas matatag ngunit mas kaunting kapasidad. Mas maraming cobalt=na mas stable at mas magandang cycle life ngunit $$$ at mga isyung etikal.
Ito ay palaging trade-offs. Laging. Napakaraming argumento ko sa mga tagapamahala ng produkto tungkol dito. Gusto nila ng mataas na density ng enerhiya AT mahabang cycle ng buhay AT mababang gastos AT magandang kaligtasan. Maaari kang pumili ng dalawa. Siguro.
Mayroon ding NCA - nickel cobalt aluminum. Ginamit ito ni Tesla nang maraming taon sa kanilang mahabang-range pack. Ginawa sila ng Panasonic sa Nevada gigafactory. Nilibot ko ang ibang pabrika ng baterya minsan - hindi iyon, ngunit ang pasilidad ng kakumpitensya - at ang dry room lang ay nakakabaliw. Ang air handling system ay malamang na nagkakahalaga ng $50+ milyon. Ang lahat ay kailangang mas mababa sa -40℃dew point o ang electrolyte salt ay sumisipsip ng moisture at lumilikha ng hydrofluoric acid. Kakainin ng HF ang anumang bagay. Salamin, metal, buto. Mga pangit na bagay.
Oh at LFP - lithium iron phosphate. Nagbabalik na ang isang ito. Ito ay mas ligtas, mas mura kada kWh, at mas tumatagal. Narinig ko na ang mga LFP cell na gumagawa ng 5000+ cycle sa 80% na kapasidad. Siguro kahit 6000. Ang downside ay mas mababang density ng enerhiya - tulad lang ng 120-140 mAh/g vs 180-200 para sa NMC.
Sinimulan ni Tesla na ilagay ang LFP sa kanilang Standard Range Model 3 noong 2021. Nauna sila sa merkado ng China. Makatuwirang - CATL ang pinakamalaking tagagawa ng LFP at sila ay nasa China.
Ang ilang mga tao ay nagrereklamo tungkol sa pagkawala ng hanay ng LFP sa malamig na panahon. Mas malala pa sa NMC. Ngunit ang mga cell ay mas mura at tumatagal nang mas matagal kaya para sa maraming mga aplikasyon, sulit ang trade off.- Kukuha ako ng LFP pack para sa isang city car. Para sa isang mahabang-highway cruiser ay maaaring hindi.
Electrolyte:
Ito ang likido sa gitna. Nagsasagawa ito ng mga ions ngunit hindi ng mga electron, na mahalaga dahil kung nagsagawa ito ng mga electron magkakaroon ka lamang ng maikling circuit.
Kadalasan ito ay lithium hexafluorophosphate - LiPF₆ - na natutunaw sa mga organikong solvent. Ang mga solvent ay karaniwang pinaghalong ethylene carbonate (EC) at dimethyl carbonate (DMC) o diethyl carbonate (DEC).
Narito ang isang kakaibang detalye: Ang EC ay solid sa temperatura ng silid. Ang punto ng pagkatunaw ay nasa paligid ng 36 degree. Kaya ang purong EC ay magyeyelo sa taglamig. Kaya naman hinahalo mo ito sa DMC o DEC na likido hanggang -70℃o kung ano pa man. Ang halo ay nananatiling likido sa mga makatwirang kondisyon.
Gayundin ang mga organikong karbonat ay nasusunog. Hindi gasoline-level na nasusunog ngunit tiyak na nasusunog. Nakakita ako ng nail penetration test minsan kung saan sinadya naming ipasok ang isang pako sa isang fully charged na cell. Nagpalabas muna ito ng gas - popping sound - pagkatapos ay pinalabas ng apoy ang butas ng vent. Umabot ng parang 2 metro ang taas. Ang buong cell ay umabot sa marahil 800℃batay sa footage ng thermal camera.
Iyon ay isang kinokontrol na pagsubok na may pagsugpo sa sunog at lahat ng bagay. Nakakatakot pa rin.
Ang LiPF₆ salt ay hygroscopic as hell. Mahilig sa tubig. Kung ito ay nabasa ito ay nag-hydrolyze sa HF. Iyon ang dahilan kung bakit nangyayari ang paggawa ng baterya sa sobrang tuyo na mga silid. Ang tinutukoy ko ay dew point na -40℃o mas mababa. Ang sistema ng dehumidification ay karaniwang isa sa mga pinakamalaking mamimili ng enerhiya sa isang pabrika ng cell.
Bumisita ako sa isang pasilidad minsan kung saan ang tuyong silid ay tuyo na masakit na huminga. Ang iyong ilong ay matutuyo sa loob ng ilang minuto. Ang lahat ng nagtatrabaho doon ay kailangang gumamit ng saline spray palagi. Hindi isang kaaya-ayang kapaligiran sa trabaho.
Separator:
Ang nakalimutang sangkap. Ito ay isang manipis na polymer membrane lamang ngunit ito ay kritikal.
Karaniwang polypropylene (PP) o polyethylene (PE). Minsan isang trilayer na may PP-PE-PP. Ang kapal ay karaniwang 20-25 microns. Payat yan. Mas manipis kaysa sa buhok ng tao (70-100 microns).
Mayroon itong mga microscopic na pores - tulad ng 100 nanometer diameter - na nagpapahintulot sa mga ion na dumaan ngunit humaharang sa mga electron. Pinapanatili din nito ang anode at katod na pisikal na nakahiwalay. Kung hinawakan nila ang=short circuit=mabilis na mangyayari ang masasamang bagay.
Tandaan ang Samsung Galaxy Note 7 sunog? 2016. Iyon ay bahagyang dahil sa pinsala sa separator. Masyadong agresibo ang disenyo ng Samsung sa baterya. Masyadong manipis, nakaimpake masyadong masikip, walang tolerance para sa pagpapalawak. Ang ilang mga cell ay masyadong pinindot ang separator sa isang sulok. Nabuo ang mahinang lugar. Sa huli ay nakakuha ng pinhole. Panloob na maikli. Thermal runaway. Sunog.
Naalala nila ang 2.5 milyong mga telepono. Pinagbawalan sa mga eroplano. Bilyon-bilyon ang gastos sa Samsung. Lahat ay dahil sa isang piraso ng plastik na mas manipis kaysa papel.
Mayroon akong mga opinyon tungkol sa agresibong disenyo ng baterya. Ang mga tagagawa ay patuloy na nagtutulak ng mas payat at mas magaan upang talunin ang kumpetisyon. Ngunit may hangganan. Walang pakialam ang Physics sa iyong iskedyul ng paglulunsad ng produkto.
Paano ito aktwal na gumagana (ang bahaging nilalaktawan ng lahat)
Nagcha-charge:
Isaksak mo ang iyong telepono. Pinipilit ng charger ang mga electron papunta sa anode at hinihila ang mga ito mula sa katod. Ginagawa nitong ang cathode ay naglalabas ng mga lithium ions. Ang mga ion ay naglalakbay sa pamamagitan ng electrolyte patungo sa anode. Naipasok sila sa istraktura ng grapayt.
Isipin ito tulad ng pag-compress ng spring. Ang mga lithium ions ay hindi gustong natural na nasa anode - mas matatag sila sa cathode. Ngunit pinipilit mo sila doon sa pamamagitan ng paglalagay ng boltahe. Naka-imbak na enerhiya.
Naglalabas:
I-unplug mo at gamitin ang iyong telepono. Ang tagsibol ay naglalabas. Ang mga lithium ions ay dumadaloy pabalik sa katod sa pamamagitan ng electrolyte. Ang mga electron ay dumadaloy sa circuit ng iyong telepono mula sa anode patungo sa cathode. Ang daloy ng elektron na iyon ay nagpapagana sa iyong device.
Ang boltahe ay nakasalalay sa kimika at estado ng pagsingil. Para sa NMC o NCA:
Ganap na naka-charge: ~4.2V
Nominal: ~3.7V
Ganap na na-discharge: ~3.0V
Huwag pumunta sa ibaba ng 3.0V o simulan mo ang paglalagay ng lithium metal na mapanganib. Huwag lumampas sa 4.2V o mapanganib mo ang thermal runaway. Iyon ang dahilan kung bakit umiiral ang mga sistema ng pamamahala ng baterya (BMS). Sinusubaybayan nila ang boltahe at temperatura at kasalukuyang at isinasara ang mga bagay kung may mukhang mali.
Ang magandang disenyo ng BMS ay mahirap. Ang hirap talaga. Kailangan mo ng mabilis na mga oras ng pagtugon, tumpak na mga sensor, kalabisan ng mga pagsusuri sa kaligtasan. Ang murang BMS ay isa sa pinakamabilis na paraan para gawing peligro ng sunog ang isang disenteng baterya.
Ang mga problema (naku maraming problema)
Problema 1: Ang pagkasira ay hindi maiiwasan
Ang bawat pag-charge-cycle ay nakakasira sa baterya. Hindi maiiwasan. Thermodynamics.
Mayroong bagay na ito na tinatawag na SEI layer - solid electrolyte interphase - na nabubuo sa anode surface. Ito ay talagang kinakailangan para sa baterya upang gumana. Ngunit patuloy itong lumalaki sa paglipas ng panahon at kumakain ng aktibong lithium. Pagkatapos ng 500 cycle, maaari kang magkaroon ng 90% na natitirang kapasidad. After 1000 siguro 80%. After 2000... depende.
Mayroon akong MacBook mula 2015 na nagpapakita pa rin ng 78% na kalusugan ng baterya. Inaalagaan ko ito kahit na - bihira itong hayaang bumaba sa 40%, panatilihin itong nakasaksak kapag posible, huwag kailanman i-charge ito sa isang mainit na kotse. Ang aking asawa ay may isang 2018 MacBook na nasa 62% na kalusugan dahil siya ay nagpapatakbo nito nang husto. Buong cycle araw-araw, iniiwan itong nagcha-charge magdamag, ginagamit ito sa kanyang kandungan habang mainit. Napakahalaga ng kung paano mo tinatrato ang baterya.
Ang cathode ay nagpapababa din. Ang mataas-nickel NMC ay lalong masama. Sa itaas ng 4.3V ang ibabaw ng cathode ay nagsisimulang tumugon sa electrolyte. Ang mga transition metal ions (nickel, manganese, cobalt) ay maaaring matunaw at lumipat sa anode kung saan nila ginugulo ang SEI. Mayroon ding bagay na ito na tinatawag na cathode densification kung saan ang istraktura ng kristal ay dahan-dahang nag-compact at nawawalan ng porosity.
Hindi talaga mapipigilan ito. Chemistry lang yan. Palaging panalo ang Entropy.
Problema 2: Sinisira ng temperatura ang lahat
Sa ibaba ng 0℃ang electrolyte ay nagiging malapot na parang malamig na pulot. Bumagal ang transportasyon ng ion. Maaaring mawalan ka ng 20-30% na kapasidad sa -10℃. Mas masahol pa, kung susubukan mong mabilis na mag-charge ng malamig na baterya, ilalagay mo ang metallic lithium sa anode sa halip na i-intercalate ito. Lumilikha iyon ng mga dendrite - tulad ng karayom na mga istruktura ng lithium metal na maaaring tumubo at kalaunan ay tumusok sa separator. Panloob na maikli. Sunog.
Sa itaas ng 40-45 degree, ang lahat ng mga reaksyon ng pagkasira ay bumibilis. Rule of thumb: bawat 10℃na pagtaas ay doble ang rate ng reaksyon. Kaya ang baterya sa 45℃ay bumababa nang halos 4x na mas mabilis kaysa sa 25℃.
Nakatira ako sa Texas. Ang mga temp ng tag-init ay umabot sa 100℃F+ (38℃+). Nakakita ako ng mga EV na baterya na nawalan ng 15% na kapasidad sa loob ng 3 taon dahil lang sa pagkakalantad sa init. Samantala, ang mga EV sa Minnesota ay halos hindi bumababa sa tag-araw - ngunit nawawala ang saklaw sa taglamig dahil sa lamig. Hindi manalo.
Ang ideal na operating temperatura ay tulad ng 20-25 degrees. Good luck sa pagpapanatili niyan sa totoong mundo.
Problema 3: Ang mabilis na pag-charge ay likas na may problema
Gusto ng lahat ng 10-minutong pag-charge ng EV tulad ng isang gasolinahan. Ngunit ang pagtulak ng napakalaking kapangyarihan sa pamamagitan ng isang baterya ay bumubuo ng init. I²R loss - kasalukuyang squared times resistance. Ang paglaban ay maliit ngunit hindi zero. Sa 250kW na pagcha-charge, nakakagawa ka ng matinding init.
Ang mabilis na pagsingil din ay binibigyang diin ang mga materyales ng elektrod nang mekanikal. Pinipilit ang mga ion na gumalaw nang mabilis sa istraktura. Maaaring magdulot ng pag-crack at pagkabali ng butil sa paglipas ng panahon.
Ang Tesla Supercharger (V3) ay kayang gawin ang 250kW peak. Ngunit mabilis silang bumababa. Siguro 250kW for 5 minutes, then 150kW, then 100kW, then 50kW. Iyan ang BMS na nagpoprotekta sa mga cell.
Ang mga mas bagong 800V system mula sa Porsche at Hyundai ay makakagawa ng 350kW. Pero panandalian lang. Ang pisika ay pisika.
Mayroong pagsasaliksik sa mabilis na-charge-mga disenyo ng electrode. Mas manipis na mga electrodes, mas maliit na mga particle, mas mahusay na mga coatings. Nakakatulong ito. Ngunit hindi mo maaaring dayain ang thermodynamics.
Suliranin 4: Sunog
Ang mga baterya ng Lithium-ion ay hindi madalas na nasusunog. Mas mababa kaysa sa mga kotseng gasolina. Ngunit kapag ginawa nila ito ay madrama.
Thermal runaway. Sa sandaling tumama ang isang cell sa isang kritikal na temperatura - ay nag-iiba ayon sa chemistry, maaaring 150-200℃- magsisimula ang mga exothermic na reaksyon. Nabubulok ang SEI. Natutunaw ang separator. Mga pigsa ng electrolyte. Ang katod ay naglalabas ng oxygen. Ang bawat reaksyon ay gumagawa ng init na nagpapalitaw ng higit pang mga reaksyon. Positibong feedback loop.
Hindi mo ito mapapatay ng tubig tulad ng isang normal na apoy. Ang ibig kong sabihin ay maaari mong lagyan ng tubig ito upang palamig ngunit ang cell ay patuloy na gumagawa ng init sa loob. Kinamumuhian ng mga kagawaran ng bumbero ang mga sunog sa EV. Maglaan ng oras upang ilabas. Pwedeng mag-reign mamaya.
Ang mga modernong cell ay may mga tampok na pangkaligtasan bagaman. Isara ang mga separator na nagsasara kapag pinainit. Mga pressure vent. Mga kasalukuyang pagkagambala. Mga thermal fuse. At pinapanood ng BMS ang lahat.
Nangyayari pa rin minsan. Gumagawa ng balita sa bawat oras kahit na ayon sa istatistika ay mas ligtas ang mga EV kaysa sa mga gas car. Problema sa PR.
Problema 5: Etika ng Cobalt
70% ng kobalt ay mula sa DRC. Marami nito mula sa mga artisanal na minahan na may masamang kondisyon sa pagtatrabaho. Mga ulat ng child labor. Pagkasira ng kapaligiran. Ang gulo.
Sinusubukan ng lahat na gumamit ng mas kaunting kobalt. Napakakaunti ang ginagamit ng high-nickel NMC. Ang LFP ay gumagamit ng zero. Ngunit ang kobalt ay nagpapatatag sa istraktura ng katod. Kung wala ito kailangan mo ng mas mahusay na pamamahala ng thermal at mas mahigpit na mga limitasyon ng boltahe.
Nakakabaliw din ang mga presyo ng Cobalt. Sa ilalim ng $30k/ton noong 2016. Umakyat sa $90k+ noong 2018. Bumagsak sa $25k noong 2020. Ngayon ay humigit-kumulang $35k/tonelada. Paano mo pinaplano ang produksyon kapag ang iyong gastos sa hilaw na materyales ay nagbabago ng 3x?
Problema 6: Pagkakagulo sa supply chain
Ang mga presyo ng Lithium ay naging ganap na baliw noong 2021-2022. $6k/tonelada noong 2020. Umakyat sa parang $80k/tonelada noong huling bahagi ng 2022. Bumagsak sa $12k/tonelada noong 2024. Ngayon ay humigit-kumulang $15k/tonelada noong 2025.
Karamihan sa lithium ay nagmumula sa Australia (hard rock mining) o South America (brine extraction mula sa salt flats sa Chile/Argentina/Bolivia - ang "lithium triangle"). Ngunit karamihan sa pagproseso ay nangyayari sa China. Tulad ng 75% ng pandaigdigang kapasidad sa pagpino ng lithium.
Kinokontrol din ng China ang paggawa ng baterya - 75% ng pandaigdigang produksyon ng cell. At 90% ng mga materyales ng anode (pagproseso ng grapayt).
Ito ang dahilan kung bakit nagsusumikap ang US at Europe na bumuo ng mga domestic supply chain. Ngunit ito ay mabagal. Tumatagal ng mga taon upang makabuo ng isang gigafactory. Mas tumatagal ang pagbuo ng upstream supply chain.
Kailangang sobrang dalisay ng baterya-grade lithium. Mas mababa sa 0.01% impurities. Ang antas ng pagpino ay hindi mura o mabilis.
Bakit tayo natigil sa lithium-ion (sa ngayon)
Sa kabila ng lahat ng inireklamo ko, ang lithium-ion pa rin ang pinakamahusay na opsyon sa komersyal na sukat.
Densidad ng enerhiya: 250-300 Wh/kg sa antas ng cell. Siguro 160-180 Wh/kg sa antas ng pack pagkatapos magdagdag ng paglamig at istraktura at BMS. Sapat na iyon para sa 300+ milyang EV na walang nakakatawang timbang.
Ihambing:
Lead-acid: 30-50 Wh/kg (parang mabigat)
NiMH: 60-120 Wh/kg (kung ano ang ginamit ni Prius)
NiCd: 40-60 Wh/kg (nakakalason din, karamihan ay inalis na)
Mature na ang pagmamanupaktura. Dose-dosenang mga supplier. Maramihang gigafactories. Itinatag ang mga supply chain. Economics ng sukat.
Ang Tesla's Nevada gigafactory ay nagta-target ng 35 GWh/taon. Sapat na iyon para sa 500k+ na EV. Ang CATL sa China ay gumagawa ng higit pang - Sa tingin ko 200+ GWh/taon? Siguro 300? Kailangan kong suriin.
Ipinapalagay din ng lahat ng imprastraktura ang lithium-ion. Mga pamantayan sa pagsingil (CCS, NACS, CHAdeMO). Mga algorithm ng BMS. Mga regulasyon sa kaligtasan. Mga proseso ng pag-recycle. Hindi pwedeng magpalit lang sa ibang chemistry nang hindi binabago ang lahat.
Ano ang maaaring palitan ito sa huli
Mga solidong-state na baterya:Palitan ang likidong electrolyte ng solidong ceramic o salamin o sulfide na materyal. Mga Bentahe: walang pagtagas, mas kaunting panganib sa sunog, maaaring gumamit ng lithium metal anodes para sa mas mataas na density ng enerhiya.
QuantumScape, Solid Power, Toyota, Samsung - lahat ay nagtatrabaho dito. Inaangkin ng QuantumScape ang 800 Wh/kg sa mga cell ng lab na may 800+ cycle. Kahanga-hanga kung totoo.
Mga Problema: Interface resistance sa pagitan ng solid electrolyte at electrodes. Mahirap mapanatili ang magandang pakikipag-ugnayan sa libu-libong mga cycle habang lumalawak/nagkontrata ang mga materyales. Karamihan sa mga solidong electrolyte ay malutong - na maaaring pumutok sa kanila ng mga dendrite. Ang paggawa sa sukat ay ganap na hindi napatunayan.
I'm skeptical we'll see this in mainstream cars before 2030. Siguro 2028 kung may breakthrough. Pero malamang mamaya. Narinig ko ang "solid-state is 5 years away" sa nakalipas na 10 taon.
Lithium-sulfur:Teoretikal na density ng enerhiya na 2600 Wh/kg. Ang asupre ay mura at sagana.
Problema: polysulfide shuttle effect. Ang mga intermediate na produkto ay natutunaw sa electrolyte na nagiging sanhi ng mabilis na pagkupas ng kapasidad. Pagkatapos ng 50 cycle ang baterya ay toast.
Ito ay "halos nalutas" sa loob ng 20+ (na) taon. Wala pa rin doon.
Sodium{0}}ion:Actually nangyayari ngayon. Sinimulan ng CATL ang produksyon noong 2023. Inaayos ito ng BYD.
Ang sodium ay nasa lahat ng dako (tubig dagat). Mas mura kaysa sa lithium. Maaaring gumamit ng katulad na kagamitan sa pagmamanupaktura.
Ngunit mas mababa ang density ng enerhiya: 150-160 Wh/kg kumpara sa 250-300 para sa lithium-ion.
May katuturan para sa nakatigil na imbakan at mga EV ng badyet. Hindi pinapalitan ang lithium-ion sa mga premium na produkto anumang oras sa lalong madaling panahon.
Lithium metal anodes:Gumamit ng lithium metal sa halip na grapayt. Panatilihin ang likidong electrolyte. Maaaring umabot ng 400-500 Wh/kg sa antas ng cell.
Nagpapatuloy ang problema sa dendrite. Ang bawat isa ay may sariling solusyon - coatings, electrolyte additives, atbp. Titingnan natin kung sino ang unang magtagumpay.
Oh atmga baterya ng lithium polymerDapat sigurong banggitin ng - ang mga iyon. Gumagamit sila ng gel o solid polymer electrolyte sa halip na likido. Mas manipis, mas magaan, mas nababaluktot na mga hugis. Ang iyong mga wireless earbud ay malamang na mayroon nito. Bahagyang mas ligtas kaysa sa likido ngunit ang density ng enerhiya ay halos pareho. Ito ay lithium-ion tech pa rin, iba lang ang pagkaka-package. Gustung-gusto ng mga departamento ng marketing na tawagin silang "LiPo" na parang ito ay isang rebolusyonaryong bagay. hindi naman.
