Trong quá trình sử dụng xe điện, người tiêu dùng lo lắng nhất là thời gian sạc và quãng đường di chuyển. Với trình độ công nghệ hiện nay, rất khó để có cả thời gian sạc và phạm vi bay. Do đó, hai lộ trình đã được phát triển để cung cấp năng lượng cho pin lithium-ion. Một là tập trung vào năng lượng cụ thể của phạm vi bay. Điều quan trọng là tăng phạm vi hành trình của xe điện bằng cách liên tục tăng năng lượng cụ thể của pin lithium-ion. Thứ hai là tập trung vào sạc nhanh để giảm thời gian sạc. Điều quan trọng nhất là cải thiện Hiệu suất sạc nhanh của pin lithium-ion giúp rút ngắn thời gian sạc của xe điện. Với tiến bộ công nghệ và nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu pin lithium-ion, các vấn đề gặp phải trong công nghệ sạc nhanh có thể được giải quyết từng vấn đề một.
1. Hiểu thế nào là sạc nhanh?
Để hiểu về sạc nhanh, một thuật ngữ chuyên môn không thể thoát ra được là tốc độ sạc và xả C, có thể hiểu đơn giản là tốc độ sạc và xả. Tốc độ sạc và xả của pin lithium-ion xác định tốc độ chúng ta có thể lưu trữ một lượng năng lượng nhất định trong pin hoặc tốc độ chúng ta có thể giải phóng năng lượng trong pin.
Theo ý nghĩa của ngành và CATL, sạc nhanh cho xe điện đề cập đến phương thức sạc có dòng sạc lớn hơn 1,6C, tức là công nghệ chỉ mất chưa đầy 30 phút để sạc từ 0% lên 80%. Dựa trên nhiều ý kiến khác nhau, tác giả đề xuất rằng tốc độ sạc nhỏ hơn 1,6C là sạc chậm, 1,6C-3C là sạc nhanh nhỏ và 3C trở lên là sạc nhanh. Hầu hết các xe du lịch điện đều có thể đạt được "sạc nhanh nhỏ" và tốc độ sạc của xe buýt sạc nhanh chủ yếu tập trung ở 3C-5C.
Nếu chúng ta so sánh pin lithium-ion với một chiếc ghế bập bênh thì hai đầu của chiếc ghế bập bênh là hai cực của pin và ion lithium giống như một vận động viên xuất sắc chạy tới chạy lui trên hai đầu của chiếc ghế bập bênh. Khi sạc, các ion lithium được tạo ra trên điện cực dương của pin và các ion lithium được tạo ra di chuyển đến điện cực âm thông qua chất điện phân. Carbon làm điện cực âm có cấu trúc phân lớp, có nhiều lỗ siêu nhỏ để đưa các ion lithium đến điện cực âm. Càng nhiều ion lithium được lắp vào, khả năng sạc càng cao.
Trong quá trình sạc nhanh, các ion lithium cần được tăng tốc và đưa vào điện cực âm ngay lập tức. Đây là một thách thức lớn đối với khả năng nhận nhanh các ion lithium của điện cực âm. Pin của hệ thống hóa học thông thường sẽ có các sản phẩm phụ trong điện cực âm trong quá trình sạc nhanh, điều này sẽ ảnh hưởng đến chu kỳ và độ ổn định của pin. Mật độ năng lượng và mật độ năng lượng, trong cùng một cục pin, có thể nói là hai hướng mất nhau.
Cách bố trí công nghệ hiện tại của các công ty xe năng lượng mới thường theo đuổi mật độ năng lượng cao. Khi mật độ năng lượng của pin lithium-ion đủ cao và công suất điện của ô tô đủ lớn để ngăn chặn cái gọi là "nỗi lo về số dặm", nhu cầu sạc nhanh sẽ giảm. Tuy nhiên, điện năng lớn, nếu không hạ giá thành thì khó được thị trường chấp nhận. Do đó, nếu bạn có thể sử dụng dung lượng sạc thuận tiện + phạm vi hành trình áp dụng với tiền đề kiểm soát chi phí pin, bạn có thể giảm bớt lo lắng của người dùng rất nhiều, để sạc nhanh có giá trị.
2. Triển vọng ứng dụng sạc nhanh ắc quy với các lộ trình kỹ thuật khác nhau
Tốc độ sạc có liên quan mật thiết đến các yêu cầu thiết kế và kỹ thuật tổng thể của pin lithium-ion năng lượng, cọc sạc, xe điện và lưới điện. Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất là pin. Chúng tôi thảo luận cụ thể về xu hướng ứng dụng của các loại pin lithium-ion năng lượng khác nhau theo hướng công nghệ sạc nhanh. Hầu như tất cả các loại vật liệu cực âm đều có thể được sử dụng để chế tạo pin sạc nhanh, nhưng khả năng ứng dụng và ưu nhược điểm của chúng là khác nhau.
1. Pin sạc nhanh 3 bên phù hợp hơn cho xe du lịch điện
Pin ternary được đánh giá cao hơn vì mật độ năng lượng cao hơn. Bản thân vật liệu này có khả năng dẫn điện tuyệt vời, nhưng hoạt động phản ứng quá cao, do đó, nó đặt ra thách thức lớn hơn đối với sự an toàn của sạc nhanh.
Các công ty đại diện của hệ thống sạc nhanh pin ternary bao gồm CATL và BAK. CATL đã phát triển các công nghệ "mạng con siêu dẫn" và "vòng ion nhanh", có thể sạc SOC từ 5% lên 85% trong vòng 15 phút, với mật độ năng lượng 190Wh/kg và vòng đời hơn 2500 lần. Khu vực ứng dụng quan trọng là hành khách sử dụng. Xe sẽ có khả năng sản xuất hàng loạt vào năm 2018.
Lõi năng lượng cao 3.0 mới nhất của BAK được giới thiệu vào tháng 5 năm nay, thông qua việc giới thiệu vật liệu cực dương dựa trên silicon, vật liệu cực âm có hàm lượng niken cao và chất điện phân được phát triển đặc biệt, mật độ năng lượng của nó cao tới 250Wh/kg và có thể đạt được tốc độ phạm vi hành trình siêu dài 500 km. Thông qua thiết kế chiến lược sạc, thời gian sạc được rút ngắn một cách hiệu quả và hiệu quả sạc được cải thiện. Ở chế độ cực kỳ khẩn cấp, nó có thể di chuyển 60 km trong 10 phút.
Theo thói quen sử dụng xe nhiên liệu, thời gian sạc phải được sạc đầy trong vòng 10-20 phút và tốc độ sạc tối thiểu phải là 3-6C. Hiện tại, hầu hết các loại ô tô chở khách chạy hoàn toàn bằng điện trên thị trường đều được sạc đầy 80% năng lượng trong nửa giờ đến một giờ, điều này đã được cải thiện rất nhiều so với thời gian sạc hai hoặc ba giờ trước đây, và dự kiến sẽ là được nén thêm trong vòng 20 phút trong tương lai.
2. Có sẵn sạc nhanh lithium iron phosphate
Lithium iron phosphate không có lợi thế vốn có trong lĩnh vực sạc nhanh. Từ quan điểm vật liệu, độ dẫn nội tại của vật liệu lithium iron phosphate tương đối thấp, chỉ bằng một phần trăm vật liệu ternary. Độ dẫn điện của vật liệu lithium iron phosphate nên được tối ưu hóa để đáp ứng nhu cầu sạc nhanh. Tuy nhiên, chi phí nguyên liệu của lithium iron phosphate tương đối thấp, kết hợp với nền tảng kỹ thuật trưởng thành và hiệu suất sản phẩm ổn định, nó có triển vọng ứng dụng rộng hơn, đại diện cho các công ty như CATL và BYD.
Bị giới hạn bởi giới hạn cực đại của mật độ năng lượng lý thuyết, lithium iron phosphate có rất ít chỗ cho mật độ năng lượng trong tương lai. Tuy nhiên, đối với các phương tiện thương mại như ô tô chở khách, phương tiện hậu cần và phương tiện đặc biệt hiện đang sử dụng hệ thống lithium iron phosphate, việc tăng mật độ năng lượng là không cần thiết và sạc nhanh ngày càng cho thấy tầm quan trọng của nó.
3. Pin lithium manganat thích hợp cho xe buýt plug-in hybrid
Pin lithium manganat có các đặc tính về hiệu suất năng lượng, hiệu suất tốc độ xả, hiệu suất nhiệt độ thấp tốt và tần số điện áp cao. Ngoài ra, theo xu hướng tăng vọt nguyên liệu thô thượng nguồn, lợi thế về chi phí của lithium manganat đang dần trở nên nổi bật. Tuy nhiên, mật độ năng lượng, hiệu suất nhiệt độ cao, v.v. vẫn cần được cải thiện. Trong những năm gần đây, tỷ lệ pin sạc nhanh oxit mangan lithium trong lĩnh vực xe buýt plug-in hybrid đã tăng lên đáng kể.
Tuy nhiên, pin lithium manganat có hiệu suất chu kỳ kém trong điều kiện nhiệt độ cao. Hiệu suất nhiệt độ cao của pin lithium manganat có thể được cải thiện bằng cách pha tạp điện cực dương, nhưng vật liệu manganat lithium đã được sửa đổi không còn là "manganat lithium ban đầu". "Nhiều vật liệu tổng hợp" thường được sử dụng trong ngành, điện cực dương sử dụng hệ thống hỗn hợp gồm vật liệu bậc ba và manganat lithium, còn điện cực âm sử dụng carbon composite xốp để cải thiện hơn nữa hiệu suất sạc nhanh, nhưng vẫn cần chú trọng đến tính an toàn và liên tục được cải thiện.
4. Pin sạc nhanh lithium titanate phù hợp với xe buýt điện thuần túy
Pin lithium-ion năng lượng titan titanate được đặt tên theo vật liệu điện cực âm và điện cực dương sử dụng vật liệu bậc ba. Các công ty tiêu biểu là Zhuhai Yinlong, Weihong Power và Tianjin Gateway. Từ quan điểm hiệu suất, pin lithium titanate có hiệu suất nhiệt độ thấp, hiệu suất an toàn và chu kỳ vượt trội, đồng thời hiệu suất tốc độ của chúng như một loại pin sạc nhanh cũng đã được ngành công nghiệp khẳng định. Tuy nhiên, lithium titanate hiện có hai vấn đề nổi bật: Thứ nhất, mật độ năng lượng tương đối thấp. Dưới áp lực của các yêu cầu về chính sách và thị trường liên tục tăng mật độ năng lượng, thị phần hiện tại của lithium titanate nằm trong toàn bộ thị trường pin lithium-ion điện. Chiếm tương đối thấp. Thứ hai, bị ảnh hưởng bởi các vật liệu kim loại nhỏ có chi phí cao như titan, niken và coban, chi phí của pin lithium titanate cao hơn đáng kể so với các hệ thống khác.
Pin lithium titanate tốt hơn đáng kể so với các loại pin sạc nhanh khác về tuổi thọ của chu kỳ, được xác định bởi các đặc tính của chính vật liệu, đó là đặc tính "không biến dạng". Nhưng nhược điểm của nó là rõ ràng, mật độ năng lượng thấp và mật độ năng lượng chỉ bằng khoảng một nửa so với hệ thống ternary. Ngoài ra, giá thành tương đối cao và hầu hết chúng hiện đang được sử dụng trong xe buýt sạc nhanh. Trong tương lai, việc tìm kiếm vật liệu catốt điện áp cao hơn và chất điện phân phù hợp để giải quyết khuyết điểm này là điều cấp thiết.
5. Hướng mới của vật liệu anode titan niobi oxit sạc nhanh
Titan niobi oxit được phát triển trên cơ sở liti titanat. Ưu điểm quan trọng là dung lượng lý thuyết của lithium titanate là 175mAh/g và dung lượng lý thuyết của titan niobi oxit là khoảng 280mAh/g.
Tháng 10 năm 2017, Toshiba chính thức công bố đã phát triển thành công thế hệ pin lithium-ion mới dành cho xe cộ, sẽ được bán ra thị trường vào năm 2019. Loại pin này sử dụng vật liệu titan niobi oxit và đã đạt được bước đột phá so với thế hệ ba và ba hiện tại. công nghệ phốt phát sắt lithium. Pin mới có ưu điểm là mật độ năng lượng cao và hiệu quả sạc nhanh. Nó có thể đạt 90% công suất chỉ trong 6 phút và có thể di chuyển quãng đường 320 km. Hiện tại, trung bình mất 30 phút để pin lithium-ion sạc được 80% dung lượng.
Ngoài ra, khái niệm "pin graphene" đã tương đối nóng, nhưng cũng có những tranh cãi trong ngành. Trong ứng dụng của pin lithium-ion, graphene rất quan trọng với vai trò là vật liệu hoạt động điện cực âm và chất phụ gia dẫn điện. Chỉ riêng về khả năng sạc nhanh, việc sử dụng graphene làm chất dẫn điện hoặc phủ vật liệu lithium iron phosphate/ternary lithium bằng graphene có thể đạt được hiệu quả sạc nhanh tốt hơn. Tuy nhiên, từ góc độ chi phí toàn diện, độ khó của quy trình và các chỉ số khác, nó vẫn còn rất nhiều thách thức.
3. Triển vọng thị trường sản phẩm sạc nhanh
Với mật độ năng lượng cao, sạc nhanh và giá rẻ, đây là sản phẩm pin lithium-ion cung cấp năng lượng lý tưởng mà người dùng mong đợi nhất. Tuy nhiên, “cá và gấu không thể có cả hai”. Theo hệ thống pin lithium-ion hiện tại, năm chỉ số quan trọng nhất của pin lithium-ion năng lượng như hiệu suất tốc độ, mật độ năng lượng, tuổi thọ, độ an toàn và giá cả đều được cố định tương đối ổn định trong biểu đồ, nếu có bất kỳ chỉ số nào được cải thiện, các chỉ số khác sẽ bị ảnh hưởng tương đối.
Hiện tại, pin lithium-ion sạc nhanh chủ yếu được sử dụng trong các xe buýt năng lượng mới. Do tính chọn lọc mạnh mẽ của chúng đối với các thành phố và đơn vị khán giả, tức là các thành phố hoặc đơn vị có hỗ trợ tài chính tương đối, nên chúng có xu hướng sử dụng xe buýt chạy pin nhanh hơn. Tuy nhiên, xét về tiềm năng phát triển thị trường, tốc độ tăng trưởng và quy mô thị trường của xe du lịch và xe hậu cần đặc biệt trong tương lai sẽ cao hơn so với xe du lịch. Do đó, cơ cấu tiêu thụ pin lithium-ion năng lượng sạc nhanh trong tương lai sẽ chuyển sang hai loại mô hình này.
Để tìm hiểu thêm về pin Li-ion, vui lòng tham khảo https://www.junleepower.com/