Trucks

Kateri so najnovejši trendi v baterijski tehnologiji?

Staffan Lundgren
2024-12-11
Tehnologija in inovacije Elektromobilnost Alternativna goriva
Author
Staffan Lundgren
Direktor tehnološke strategije in analize

V zadnjih letih so izboljšave v tehnologiji baterij omogočile porast električnega prometa. Toda kateri so naslednji veliki trendi in novosti na tem področju in kaj to pomeni za težka tovorna vozila?
 

Baterije so jedro elektromobilnosti in vsaka izboljšava – bodisi v zmogljivosti, ceni ali zanesljivosti – pospeši prehod na električni transport. V razmeroma kratkem času je bil že dosežen pomemben napredek.
 

Kako se je razvila baterijska tehnologija

Prve komercialne litij-ionske baterije so bile izdane leta 1991, vendar sta njihova cena in zmogljivost omejili njihovo uporabo zgolj na potrošniško elektroniko. To se je hitro spremenilo, ko je njihova cena strmo padla, zaradi česar so kmalu postale izvedljiva možnost za osebne avtomobile in kasneje tudi za težka tovorna vozila. Od leta 2010 so se stroški znižali s 1400 USD na kilovatno uro na 140 USD na kilovatno uro leta 2023 – zmanjšanje za 90 %.

 

Glavni preboj je bil izum LCO (litij kobaltov oksid) baterij leta 1980 in revolucionarno načelo uporabe litija kot katodnega materiala. To je takoj podvojilo energijsko gostoto obstoječih baterij. Vse od takrat so se baterijski kemijski procesi še naprej razvijali, kar je vodilo v izboljšave energijske kapacitete, življenjske dobe, varnosti in učinkovitosti.

 

Leta 2001 smo bili priča razvoju baterij NMC (nikelj-mangan-kobalt), ki so hitro postale priljubljene v avtomobilski industriji, ker omogočajo veliko večjo energijsko gostoto in dobro termično stabilnost. Zdaj pa v industriji začenjajo prevladovati baterije LFP (litij-železov fosfat). Njihova energijska gostota je nižja kot pri akumulatorjih NMC, vendar zagotavljajo večjo varnost, daljšo življenjsko dobo, nižje stroške in manjši vpliv na okolje. 

Katere nove tehnologije baterij bomo videli v prihodnjih letih?

Razvija se mnogo novih tehnologij: Veliko upanja se polaga v razvoj akumulatorjev s trdnim elektrolitom, ki bi lahko imele večjo energijsko gostoto. To vključuje zamenjavo tekočega elektrolita s trdnimi materiali, kot so keramika ali trdni polimeri, kar omogoča shranjevanje več energije v manjšem in lažjem akumulatorju. Električni tovornjaki bi lahko tako vozili na daljše razdalje. Pri uporabi trdnih elektrolitov se upornost akumulatorja poveča v primerjavi s tekočim elektrolitom. Trenutno ostaja še nekaj nerazrešenih izzivov na področju hitrosti polnjenja in poslabšanja zmogljivosti skozi čas. Vendar tehnologija ponuja veliko možnosti za zmanjšanje omejitev litij-ionskih akumulatorjev in se še naprej razvija. V družbi Toyota, na primer, nameravajo do leta 2027 začeti s komercialno proizvodnjo električnih vozil z akumulatorji s trdnim elektrolitom.

 

Drugi trend, ki spodbuja razvoj baterij, je potreba po cenejših in bolj trajnostnih rešitvah. Na tem področju natrij-ionski akumulatorji veliko obetajo. Danes imajo približno polovico manjšo energijsko gostoto kot litij-ionska baterija, vendar tudi stanejo približno polovico manj, zato bi lahko bila tehnologija dobra možnost za aplikacije z nižjimi zahtevami po energiji. Ker vsebujejo natrij, ki je eden najcenejših in najbolj dostopnih materialov na planetu, je tudi njihov vpliv na okolje veliko manjši kot vpliv litij-ionskih baterij. 

Baterije so jedro elektromobilnosti in vsaka izboljšava – bodisi v zmogljivosti, ceni ali zanesljivosti – pospeši prehod na električni transport.

Katere tehnologije akumulatorjev se bodo uporabljale za električna težka tovorna vozila?

Glavni izziv je znižati stroške električnih tovornjakov, razvoj cenejših akumulatorjev bo pri tem zelo pomagal. Toda zahteve lastnikov tovornjakov se razlikujejo tudi glede na uporabo. Kar zadeva tovornjake za dolge razdalje, si prizadevamo doseči enako prilagodljivost delovanja, kot jo dobite pri dizelskih tovornjakih. Kmalu bodo na voljo električni tovornjaki z dosegom do 600 km. Če pa morate prevoziti daljše razdalje, se morate čez dan pogosto ustaviti in napolniti akumulator: in to lahko traja do nekaj ur.

 

Mislim, da bomo v industriji opazili nekaj diverzifikacije, saj se bodo za različne transportne naloge uporabljale različne akumulatorske tehnologije. Morda se bodo natrij-ionske akumulatorji čedalje pogosteje uporabljali pri krajših prevozih, kjer so zahteve po energiji razmeroma nizke, kot je npr. mestna distribucija. Akumulatorji s trdnim elektrolitom pa se bodo najbrž uporabljali v električnih tovornjakih za dolge razdalje – ob predpostavki, da bo ta tehnologija v prihodnosti še napredovala. 

 

Kakor koli že, intenzivne raziskave in razvoj teh tehnologij potekajo. Po vsem svetu je veliko akterjev – vključno s tehnološkimi podjetji, industrijskimi proizvajalci in javnimi ustanovami – ki močno vlagajo v razvoj in izboljšave tehnologije akumulatorjev. Ni nujno, da bomo priča odkritju, ki bi predstavljalo kvantni skok, kot je bil prva baterija iz litij-kobaltovega oksida, vendar bomo lahko še naprej priča napredku tehnologije skozi čas.

 

Če želite izvedeti več o baterijah za električna tovorna vozila, vas bo morda zanimalo branje 7 pogostih mitov o baterijah za električna tovorna vozila. Če želite izvedeti več o ponovni uporabi starih akumulatorjev za zmanjšanje njihovega vpliva na okolje, lahko preberete Kako akumulatorjem tovornih vozil vdahniti drugo življenje

Related Insights

V zadnjih desetletjih so bile razviti različni baterijski kemijski procesi, vsaka s svojimi edinstvenimi prednostmi in slabostmi. Kateri je najbolj optimalen akumulator za posamezno vozilo, je odvisno od njegovih potreb in pogojev delovanja. To je šest glavnih baterijskih kemijskih procesov, ki se trenutno uporabljajo:

 

Litijev kobaltov oksid (LCO)

Prelomno odkritje angleškega kemika Johna B. Goodenougha, ki je postavilo temelje za prihodnji razvoj litij-ionskih baterij. Vendar pa je relativno kratka življenjska doba in nizka toplotna stabilnost te baterije omejila njeno uporabo na osebno elektroniko. Njegova visoka vsebnost kobalta prav tako poveča stroške in vpliv na okolje.

Energijska zmogljivost: 150-200 Wh/kg

Življenjski cikel: 500–1000 ciklov

Temperaturni beg (temperatura, pri kateri akumulatorske celice dosežejo nenadzorovano stanje samosegrevanja in tako postanejo varnostno tveganje): 150°C

 

Litij-železov fosfat (LFP)

Baterije LFP, ki so bile razvite leta 1996, ponujajo izboljšano varnost in toplotno stabilnost v primerjavi z baterijami LCO ter daljšo življenjsko dobo. Prav tako so cenejše za proizvodnjo in boljše za okolje, saj ne vsebujejo kobalta. Čeprav je njihova energetska zmogljivost relativno nizka v primerjavi z drugimi vrstami baterij, se vse pogosteje uporabljajo v električnih vozilih.

Energijska zmogljivost: 90-120 Wh/kg

Življenjski cikel: +2000

Temperaturni beg: 270°C

 

Litijev manganov oksid (LMO)

Baterije LMO, ki so bile prvič komercializirane leta 1996, nudijo dobro toplotno stabilnost in varnost, poleg tega pa so cenejše za proizvodnjo in imajo manjši vpliv na okolje v primerjavi s kemijskimi procesi na osnovi kobalta. Ponujajo visoke stopnje praznjenja, vendar relativno nizko energijsko gostoto in kratke življenjske cikle. Zaradi tega so primerni za električne avtomobile, hibridne avtomobile in električna kolesa.

Energijska zmogljivost: 100-150 Wh/kg

Življenjski cikel: 300-700

Temperaturni beg: 250°C

 

Litij-nikelj-mangan-kobaltov oksid (NMC)

Baterije NMC, ki so bile razvite leta 2001, ponujajo dobro ravnotežje med energijsko gostoto in varnostjo, zaradi česar so danes najpogostejša vrsta baterij, ki se uporablja v industriji električnih vozil. Njihova visoka energijska gostota pomeni daljši doseg in so najprimernejša možnost za težka tovorna vozila. Vendar pa proizvajalci avtomobilov zaradi visokih proizvodnih stroškov in vpliva na okolje vedno pogosteje uporabljajo cenejše akumulatorje LFP kljub njihovi nižji energijski gostoti.

Energijska zmogljivost: 150-220 Wh/kg

Življenjski cikel: 1000-2000

Temperaturni beg: 210°C

 

Litijev nikelj kobalt aluminijev oksid (NCA)

Baterije NCA ponujajo visoko energijsko gostoto, dolgo življenjsko dobo in odlične zmogljivosti hitrega polnjenja. Vendar pa obstaja večje tveganje toplotnega pobega, zlasti pri visokih temperaturah ali prenapolnjenosti. Uporabljajo se v nekaterih visoko zmogljivih električnih vozilih, vendar je njihova uporaba omejena zaradi varnostnih razlogov.

Energijska zmogljivost: 200-260 Wh/kg

Življenjski cikel: 500

Temperaturni beg: 150°C

 

Litijev titanat (LTO)

Baterije LTO so ena najvarnejših litij-ionskih tehnologij na trgu z odlično toplotno stabilnostjo. Ponujajo zmožnosti hitrega polnjenja in dolgo življenjsko dobo. Zaradi tega so ugodne za električna vozila, ki zahtevajo kratko in pogosto polnjenje, kot so vozila javnega prevoza. Vendar je njihova energijska kapaciteta majhna, njihova proizvodnja pa draga.

Energijska zmogljivost: 50-80 Wh/kg

Življenjski cikel: 3000-7000

Temperaturni beg: 280 °C
 

Viri: Battery University, Elements, Dragonfly, Flash Battery  

Povezani članki