Kasi Nkhongono yapadera ni wuli?

Nkhongono zapadera zikupima unandi wa nkhongono izo zikusungika pa unit mass ya chinthu panji ndondomeko. Kuwonekera mu joules pa kilogram (J/kg) panji watt- maora pa kilogram (Wh / kg), metric iyi yikusankha umo nkhongono izo zili kupelekeka zikugwiriskira nchito, ndipo vikupangiska kuti viŵe vyakuzirwa pakuyaniska matekinoloje gha kusungirako nkhongono na kupulikiska nkhongono za vinthu.

Nkhongono zapadera zikupambana chomene na nkhongono za nkhongono, nangauli mazgu kanandi ghakusokonezgeka. Nangauli nkhongono za nkhongono zikupima nkhongono pa mtundu wa mtundu (Wh / L), nkhongono zakumanyikwa zikuŵika mtima pa unandi pera. Kupambana uku nkhwakuzirwa chomene pakugwiriskira ncito apo viyezgo vya kulemera kwa vinthu vikupangiska kuti visankho vyakupangika vipangike - kufuma ku ndege za ndege ku vipangizo vya magesi vyakunyamulika ku magalimoto gha magesi.

Vinthu vya sayansi ivyo vili kuseri kwa nkhongono za kuseri vikukhwaskana na ubwezi uwo ulipo pakati pa nkhongono izo zasungika na unandi uwo ukukhumbikwa kuti uŵepo. Mu mabatire, ici cikunjizga nkhongono kufuma ku kemiko iyo yikugaŵika na unandi wose wa electrodes, electrolyte, kugaŵikana, na casing. Pa mafuta, likuyimira kutentha uko kukufumiskika pa nyengo ya moto pakuyaniska na mafuta ghanandi.

Specific Energy

Mabatiri gha Lithiamu {0}pafupifupi ghakulongora chifukwa icho nkhongono zakupambanapambana zikukhwaskana na tekinoloje ya mazuŵa ghano. Maselo gha lithiumum-ion ghakukwaniska nkhongono zakupambanapambana pakati pa 250-270 Wh / kg, kupangiska mafoni ghamakono kuti ghayenderenge kwa maora ghanandi na magalimoto gha magesi kuti ghayenderenge mtunda wa makilomita mazana ghanandi. Pakuyaniska, mabatire gha chikhalidwe ghakulongozga ghakupereka waka 30-50 Wh / kg pera, kulongosora chifukwa icho ŵali kuŵikika chomene mu mapulogalamu ghakunyamulika nangauli mtengo wawo ukuchepa.

Vinthu viphya ivyo vikupangika sonosono apa vikukankhira mphaka izi. Mabatire ghakukhora {1} state mu vigaŵa vyakutukuka ghakulayizga nkhongono zakupambanapambana kuluska 350 Wh / kg, apo lithiamu -} ndondomeko kufuma ku makampani nga ni Amprius yalongora 400 Wh / kg mu mapulogalamu ghapadera gha ndege. Kusintha uku kukung’anamura mwaluŵiro nyengo yitali yakuchimbira panji galimoto yakutambasuka kwambura kusazgapo kulemera.

Nkhongono zakumanyikwa za mabatire zikuthemba pa vinthu vinandi: vinthu vya magesi, kemiko ya maselo, na umo vikupangikira. Nickel {{1} rich cathodes kukusazgirako nkhongono zakusungirako nkhongono kweni zikupangiska masuzgo ghakukhazikika. Silicon anodes wakupereka nkhongono zapachanya kuluska graphite ya chikhalidwe kweni wakukumana na kukura kwa buku pa nyengo yakulipira. Kusankha kulikose kwa kapangilo kukuyimira kuguliska pakati pa nkhongono zakupambanapambana na mikhaliro yinyake ya kugwira ntchito nga ni umoyo wa njinga, chivikiliro, na mtengo.

Mafuta ghakupangika na fossil ghakusunga nkhongono zapachanya chomene kuluska mabatire. Gasoline ili na pafupifupi 12,700 Wh / kg (46 MJ / kg), apo dizilo yikufika pa 13,000 Wh / kg. Ici cikulongosora cifukwa ico, nangauli mabatire ghakuluta panthazi kwa vilimika vinandi, mafuta gha maji ghakulutilira kuŵa ghakulongozgeka mu ndege na kunyamura kwa nyengo yitali -haul apo kulemera kwake nkhwakuzirwa comene.

Hydrogen wakulongosora nkhani yakukondweska iyo yili na nkhongono zakumanyikwa za 33,300 Wh / kg-pafupifupi katatu za mafuta. Kweni, unandi wake wakucepa comene ukukhumbikwira kuti uŵe wapacanya - copression panji cryogenic kuzizima, kusazgirako unandi wa dongosolo uwo ukuchepeska nkhongono zakugwira nchito comene. Mpweya wachilengiwa ukuyana waka na nkhongono zinandi zakumanyikwa pa unit iyi kweni ukukhumbikwira kuti paŵe nthowa zakusungirako vinthu vyakuzirwa.

Mu vyakurya, nkhongono zakumanyikwa zikupangiska kuti caloric yiŵe yinandi. Mafuta ghakupereka pafupifupi 38 kJ / g (9 Cal / g), ghakujumpha kaŵiri agho gha mapulotini na vyakurya vya carbohydrates pa 16-17 kJ / g (4 Cal / g yiliyose). Ici cikulongosora cifukwa ico vyakurya vyapachanya-} vikuŵa na ma calories ghanandi pa gram-pa gram-nkhongono ya macronutrient yikulamulira kuŵerengera.

Maji ghakukhwaska chomene nkhongono za vyakurya chifukwa maji ghakusazgapo unandi kwambura kupeleka nkhongono. Masamba ghaphya ghangaŵa na 0.5-1 kJ/g, apo mtedza wakuwomira ukujumpha 25 kJ / g, nangauli vyose vikuŵa vyakurya vyakukhazikika pa vyakumera.

Kupanga magalimoto gha magesi kukuzungulira nkhongono zakupambanapambana. Pack ya batri ya 75 kW yikugwiriskira ncito maselo agho ghali na 250 Wh / kg ghakulemera 300 kg, agho ghakwimira pafupifupi 15-20% ya galimoto. Kuwonjezera nkhongono ya batiri ku 350 Wh / kg kungachepeska ichi kufika pa 214 kg, kufwatura86 kg kwa nkhongono ya ŵakwendeska panji kutalika.

Kuchepeska kulemera uku kukujumpha mu kapangilo ka galimoto. Magalimoto gha magesi ghakukhumbikwira nkhongono za nkhongono zakuchimbira na kukwera phiri, magalimoto ghachokoghachoko, na ndondomeko zakukhozga zambura kukhora. Mafakitale gha magalimoto ghakukhwaska nkhongono za mabatire gha 400-500 Wh / kg kuti magalimoto gha magesi ghaŵe na nkhongono zakuwoneka na magalimoto gha mafuta, agho ghakukhumbikwira kunyamura waka 50-60 kg ya mafuta gha mtundu wakuyana waka.

Ndege za ndege na ndege zikukumana na nkhongono zakukhozga chomene. Kilogram yiliyose iyo yikakwezgeka kuti yizingilirepo ndalama zakukwana madola masauzandi ghanandi, ndipo ivi vikupangiska kuti mabatire gha nkhongono ghaŵe ghakuzirwa chomene pa ma satellite na ndege. Ma rovers gha NASA ghakugwiriskira ncito maselo gha lithiamu -), ghakusankhika mwakupambanapambana kuti ghasazgikireko nkhongono na kugomezgeka kwawo mu nyengo zakutentha comene.

Kupanga ndege za magesi kukuthemba pa kuswa mabatire. Lithiumum wasono-ion ukuwovwira ma drone ghachoko na short -zinga magalimoto ghakuzungulira mphepo gha mu tawuni, kweni ndege za chigaŵa zikukhumbikwira nkhongono zapadera izo zikujumpha 500 Wh / kg kuti ziŵe zakukhora. Makampani ghakulondezga umo ndege za magesi zikuwonera kukura kwa mabatire, chifukwa nanga ni nkhongono zichokozichoko izo zikupangiska kuti ndege ziŵe ziwemi chomene.

Ŵanthu awo ŵakupanga vinthu vyamafomu ŵakuyana waka na nkhongono zakuyana na vinthu vinyake nga nkhulipiliska liwiro la kulipira na chivikiliro. Mafoni gha mazuŵa ghano ghakugwiriskira ncito maselo pafupifupi 250-270 Wh / kg, kukhozgera vyose - day mazuŵa mu vipangizo vyakulemera 150-200 grams. Kuwonjezera nkhongono zapadera panji umoyo utali wa batire panji umoyo wakuwonda, wakupepuka-wose-wose awo ŵakugula.

Mabatire gha Laptop ghakukumana na vipingo vyakuyana waka kweni na vinthu vyakupambanapambana. Batiri ya laputopu yakumanyikwa yikulemera magalamu 300-400 ndipo yikusunga 50-100 Wh, kugwiriskira ncito maselo agho ghali na nkhongono zakuyana waka na mafoni kweni ghakunozga kuti ghaŵe na viŵelengero vyakupambanapambana vyakufumiska na mikhaliro yakutentha.

Nkhongono zapadera na nkhongono zakumanyikwa zakupambanapambana. Nkhongono zapadera (W / gg) zikupima umo dongosolo lingapelekera nkhongono mwaluŵiro, apo nkhongono zakupambanapambana zikupima nkhongono zose izo zikusungika. Mabatire ghakunozga nkhongono zapachanya chomene kanandi ŵakupeleka nkhongono zakupambanapambana, ndiposo mwakuyana waka.

Mabatire gha lithium phosphate (LFP) ghakulongora kuti ŵanthu ŵakuguliska vinthu ivi. Iwo ŵakupereka nkhongono zapasi (120-160 Wh / kg) kuluska nickel-}rich nthowa zinyake kweni ŵakupeleka nkhongono zapachanya na umoyo uwemi wa msinkhu. Vipangizo vya magesi vikugwiriskira ncito maselo gha nkhongono zapachanya nangauli vikupereka nyengo yichoko waka yakuchitira vinthu, chifukwa kupereka nkhongono zakukwana zakuchitira ntchito za galimoto kukuŵika pakwamba pa nkhongono zose.

Chiŵembu cha Ragone chikulongora ubwezi uwu mwakuwoneka, kulongora nkhongono zapadera pa axis yimoza na nkhongono zakumanyikwa ku chigaŵa chinyake. Makemikolo ghakupambanapambana gha mabatire ghakukhala mu vigaŵa vyakupambanapambana, ndipo ghakuvumbura yayi vinthu vinyake vya tekinoloje pa vyose viŵiri. Mapulogalamu ghakwenera kusankha mabatire agho ghakuyana na ivyo vikukhumbikwa - nkhongono kwa nyengo yitali, nkhongono zapachanya za kuphulika kwa nyengo yichoko waka, panji kupanga vinthu vyakukolerana kuti vigwiriskike nchito mwakupambanapambana.

Nkhongono zapadera zikwimira waka metric yimoza yakuchitira. Batiri iyo yili na nkhongono zapadera yingaŵa na umoyo uheni, nkhaŵa zakuvikilirika, kufipa mtima, panji msinkhu wakucepa wa kutentha. Lithiamu {22} sulfur mabatire ghakulongora nkhongono zakumanyikwa chomene (650 Wh / kg) kweni ŵakukumana na masuzgo na sulfure kusungunuka na umoyo wa msinkhu wakucepa uwo ukukanizga kuguliska.

Nthowa zakupangika zikukhwaska nkhongono zakuwoneka. Cell- nkhongono zakumanyikwa zikujumpha pa paketi - msinkhu chifukwa cha kusazgilako unandi kufuma ku madera ghakuvikilira, ndondomeko zakuzizimiska, na vinthu vyakupangika. Selo ilo likukwaniska 270 Wh / kg lingapereka waka 180-200 Wh / kg pa msinkhu wa pack-mpando wakuzirwa wakukhumbikwa chomene ku ŵakupanga ndondomeko.

Kutentha kukukhwaska chomene kupereka nkhongono zapadera. Vinthu vyakuzizima vikuchepeska nkhongono ya mabatire, ndipo ivi vikupangiska kuti nkhongono zileke kuŵa na nkhongono pa nyengo iyo ŵakufumiska. Magalimoto gha magesi ghakuwoneka kuti ghakuchepa mu nyengo ya chiwuvi chifukwa mabatire ghangapeleka yayi nkhongono zawo zose pa nyengo yakuzizima.

Specific Energy

Kafukufuku wakulondezga nkhongono zakupambanapambana kwizira mu nthowa zinandi. Vinthu vyakupangika na cathode vyakupangika na lithiamu-} manganganessese - cobalt-} pera na nickel (NMC) na vinthu vyapachanya vya nickel vikupangiska kuti nkhongono zisungike pa electrode yiwemi. Silicon{{6} pafupifupi anodes yikusunga lithiamu yinandi kuluska graphite, kukhozga nkhongono. Kupita panthazi kulikose kukukankhira kukura kwapachanya apo ŵakusanda ŵakugwira ntchito kuti ŵathereske masuzgo ghanyake.

Solid {{0} derae electrolytes wakulayizga kuti wakusanga phindu likuru mwa kupangiska kuti vitsulo vya lithiamu vipangike, ivyo vikupereka nkhongono zapachanya chomene kuluska graphite. Makampani kusazgapo Quantumscape, Power ya Solid, na Samsung yikulondezga malonda, kuŵika nkhongono zakupambanapambana za 400-500 Wh / kg. Kupambana kungasintha magalimoto gha magesi na vinthu vya magesi vyakuguliska.

Lithiamu{{0}pafupi mabatire ghakwimira nyengo yitali - nyengo na nkhongono zakusambizga izo zikufika pa 11,140 Wh / kg- pakuyaniska na mafuta. Ndipouli, vinthu vinandi ivyo vikupangiska kuti munthu waŵe na suzgo la magesi kusazgapo kukhazikika kwa electrolyte, kukhuŵara kwa carbon dioxide, na umoyo wakucepa wa msinkhu wa msinkhu wa msinkhu wakucepa vikupangiska kuti viŵe vyakujalirika ku ma labotale. Mabatire gha lithiamu-ir mabatire ghakukhala vyaka panji virimika makumi ghanandi.

Kuti tipulikiskekasi ni lithiamu batriesndiposo chifukwa icho ŵakulongozgera kusunga vinthu vya mazuŵa ghano, nkhongono zapadera zikupereka zgoro lakuzirwa. Kupangika kwa lithium- ion mu 1990s kukapangiska kuti nkhongono za batire ziŵe na nkhongono zakumanyikwa kufuma pa 120 Wh / kg mu maselo ghakwambilira gha Sony kufika pa 270 Wh / kg mu mapangidwe ghasono - kuluska kaŵiri mu vyaka makumi ghatatu.

Mitundu yakupambanapambana ya mabatire ya lithithis yikulongora nkhongono zakupambanapambana zakuthemba pa kemiko yawo. Maselo gha Lithium cobalt (LCO) agho ghakugwiriskirika nchito mu mafoni ghakukwaniska nkhongono zapachanya chomene kweni ghali na umoyo wakucepa wa umoyo na chivikiliro. Lithium iron phosphate (LFP) yikuguliska nkhongono zapadera zakuvikilira na umoyo utali, ndipo yikutemwa kuti yiŵe yakutemwa mabasi gha magesi na malo ghakusungirako vinthu nangauli pali nkhongono zichoko waka.

Kukankhira kwa nkhongono zapachanya kukupangiska kuti paŵe kafukufuku wa vinthu vyakuthupi. Vinthu vyakupangika na cathode vikupangiska kuti maselo ghaŵe na kulemera kwa thupi, ntheura kupanga nkhongono zakupepuka, zinandi -dense cathodes kukunozga mwaluŵiro nkhongono zakumanyikwa. Kuchepeska vinthu ivyo vikuchitako yayi- vyakusonkheska, vyakupatulika, mapaketi -solso vikovwira mwa kuchepeska unandi wa ŵanthu kwambura kuchepeskako nkhongono izo zasungika.

Magalimoto gha magesi gha mazuŵa ghano ghakuthemba comene pa nkhongono za batire za lithiamu. Mapaketi gha batire gha EV ghakumanyikwa ghakuguliska 50-100 kWh mwakugwiliskira nchito maselo agho ghali na 250-270 Wh / kg nkhongono zakumanyikwa. Ici cikupangiska kuti mtunda wa makilomita 200-400 uku uleke kuŵa na batire. Pakuti nkhongono zakumanyikwa zikukura kufika pa 350-400 Wh / kg, panji mtundu wa mtundu ukukura mwakuyana panji kulemera kwa batiri kukucepa, kusintha kwa galimoto.

Vinthu vya magesi ivyo ŵakugula vikuthemba pa nkhongono za batire la lithium. Mafoni, ma laputopu, ma tablet, na vyakuvwara vyakuvwara vikugwiriskira ncito lithiamu-} maselo gha lithiamu-} maselo gha polymer comenecomene cifukwa nkhongono zawo zapachanya zikuzomerezga nyengo yakukwana mu vipangizo vyakukhozga, vyakupepuka. Kwambura nkhongono za tekinoloje za lithiamu izo zili na nkhongono zakupambanapambana za mazuŵa ghano zakupanga makompyuta gha mazuŵa ghano kungaŵa kwambura kucitika.

Nkhongono zapadera zikupima nkhongono za nkhongono za unit misa (Wh / kg), apo nkhongono za nkhongono zikupima nkhongono pa unit molude (Wh / L). Mapulogalamu ghakugwiriskira ncito apo kulemera kwake kukukhumbikwa comene - nga ni ndege panji vikwama - prioritize nkhongono zakumanyikwa. Mapulogalamu agho malo ghakuchepa- nga ni vyakugwiriskira ntchito vya magesi mu viŵaya vyakukhazikika -fayiti kuŵika pakwamba nkhongono za nkhongono m'malo mwake.

Pakati pa mabatire gha malonda, maselo gha lithium -}ion na nickel -rich cathodes sono ghakukwaniska nkhongono zapachanya chomene pa 250-300 Wh / kg. Mabatire gha lithiamu gha lithiamu ghakulongora kuti pali 400-500 Wh / kg mu mikhaliro ya labotale. Mabatire gha Lithium-air ghakufika pa 11,140 Wh / kg kweni ghakukhala kutali chomene na kugwiliskira ntchito.

Gasoline yikusunga nkhongono ku mabond gha kemiko agho ghakufumiskika pa nyengo ya moto na mphepo ya mlengalenga. Pakuti mphepo ya oxygen yikuŵerengeka yayi mu unandi wa mafuta gha mafuta, nkhongono zake zakumanyikwa zikuwoneka kuti zikukwera chomene (12,700 Wh / kg). Mabatire ghakwenera kuŵa na mafuta na oxidizer, ndipo ghakwenera kunyamura nkhongono zawo. Kupambana kwakuzirwa uku kukulongosora chifukwa icho mabatire ghakulimbana na nkhongono za mafuta ghakupangika na vyakumera.

2asko yayi. Nkhongono zapadera zikwimira waka chigaŵa chimoza cha kugwira ntchito. Mabatire agho ghali na nkhongono zapachanya ghangaŵa na umoyo uheni, ngozi za chivikiliro, ndalama zinandi, panji nkhongono zichoko waka. Batiri yiwemi chomene yikuthemba pa kugwiriskira ncito - nyengo zinyake nkhongono zakucepa zakupangika zikucita makora comene cifukwa ca mikhaliro yiwemi comene mu vigaŵa vinyake.

Kupima nkhongono zapadera kukukhumba ndondomeko zakuyezga. Pa mabatire, ndondomeko zakumanyikwa zikukhwaskana na kuŵika magesi ghose, ndipo pamanyuma pake kuzifumiska pa mitengo yakumanyikwa apo zikupima nkhongono zakupelekeka. Kugaŵa nkhongono zose kufuma ku maselo ghanandi kukupereka nkhongono zapadera mu Wh / kg.

Mabungwe ghanandi ghakusunga fundo zakukhwaskana na umo nkhongono zikuŵira. Komiti ya Electrotechnical Commission (IEC) yikupharazga ndondomeko zakuyezga kuti ŵanthu ŵaŵe ŵakukolerana. Ivyo vyasangika vingaŵa vyakupambanapambana mwakuyana na msinkhu wa kufumiska, kutentha, na nthowa yakuyezgera, ntheura kuyezgelera nkhongono zakumanyikwa kukukhumbikwira kupulikiska umo mayeso ghakuŵira.

Cell{{0}deroide vipimilo vikupambana na paketi - msinkhu wakukwana. Mapaketi gha mabatire ghakusazgapo vya magesi, vyakuzizimiska, na vigaŵa vyakupangika ivyo vikusazgapo unandi kwambura kusunga nkhongono. Pack- nkhongono zakumanyikwa zikufika pa 65-75% ya vigaŵa vya maselo. Ŵanthu awo ŵakupanga ndondomeko ŵakwenera kupenda ndalama izi para ŵakupenda umo pulogiramu yikuchitira.

Specific Energy

Kusintha kwa nkhongono kwapadera kukulondezga nthowa yakumanyikwa makora yakuthemba pa katundu wa vinthu vyakuzirwa na kupanga vinthu. Kusanda kwakusazgikira kukulutilira ku ŵasayansi kuti ŵanozgekere makora ma electrode, kuchepeskako vinthu ivyo vikugwira ntchito yayi, na kupangiska kuti vinthu viŵe makora. Vinthu ivyo vikuwoneka sonosono apa vikulongora kuti lithiamu-ion nkhongono zakumanyikwa zizamufika pa 350-400 Wh / kg mu virimika khumi ivyo vikwiza kwizira mu kusintha kwa kusintha kwa vinthu.

Kusintha kwakusintha kukukhumbikwira kemistries yiphya. Mabatiri ghakukhora {1} state ghangadumphira ku 400-500 Wh / kg usange masuzgo gha tekinoloje ghamazgika. Lithiamu {5} sulfur na lithiamu -ir mabatire vikulayizga nanga ni nkhongono zapachanya kweni vikukumana na masuzgo ghakuru ghakutukuka. Mabatire gha Sodium-ion ghakupereka mtengo wakucepa pa mtengo wa nkhongono zakumanyikwa, kuŵika pa malo ghakugwiriskira ncito apo kulemera kukukhumbikwa comene kuluska vyaru.

Kukhwasgika kwa nkhongono zapachanya kukufika pa kugwiriskira ncito kwakuwonekera. Grid {1} nkhongono kusunga nkhongono kukuŵa kwakukhozga chomene apo nkhongono za mabatire zikunozga ndipo mtengo ukuchepa. Vipangizo vyakunyamulika vya munkhwala vikusanga nyengo yitali pakati pa milandu. Vipangizo vya nkhongono vikuŵa vyakupepuka kwambura kupereka nyengo yakuchitira vinthu. Kusintha kulikose kwakusazgikira kwa nkhongono zakupambanapambana kukupangiska kuti paŵe mwaŵi uphya mu mafakitale ghanandi.

Pa vyakwendekwenda vya magesi mwakupambanapambana, kusintha kwakusintha kwa nkhongono kukupangiska kuti ŵanthu ŵazomerezgeke mwa kuchepeskako kulemera na kulipira ndalama za mabatire na mafuta ghakupangika na vyakumera. Kukwera kulikose kwa 50 Wh /gg kukusazgikira mu nkhongono zakupambanapambana kukung’anamura pafupifupi 15-20% ya magalimoto ghanandi panji kuchepeskako kulemera kwakuyana waka, kupangiska kuti kusintha kwa magesi kuŵepo mwaluŵiro. Mafakitale gha magalimoto ghakuwona kuti 400 Wh / kg nga ni mzere uwo ukupangiska kuti magalimoto gha magesi ghachitenge mpikisano pa kulemera na kuguliska magalimoto ghakumanyikwa mu vigaŵa vyose vya msika.

Kupulikiska nkhongono zapadera na ivyo vikuchitika na ivyo vikuchitika vikovwira ŵantchito, awo ŵakupanga vinthu, na awo ŵakugula vinthu, ŵakusankha vinthu mwamahara pa nkhani ya kusunga nkhongono. Kaya nkhusankha kemiko ya batire kuti yiŵe na chinthu chiphya, kuwunika ivyo vikuchitika pa galimoto ya magesi, panji kupulikiska chifukwa icho mapulogalamu ghanyake ghakukhalira kuluska nkhongono za batire, nkhongono zapadera zikupereka fundo zakukhumbikwa. Apo kafukufuku wakukankhira metric iyi, mapulogalamu agho ghakaŵa ghambura kucitika kale ghakuŵa ghakukwaniska, kukuzga mulimo wa kusunga nkhongono za magesi mu tekinoloje ya mazuŵa ghano.