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Wie es funktioniert - Elektrofahrzeugbatterien
Apr 25, 2018

Wie es funktioniert - Elektrofahrzeugbatterien

 

11. April 2018 LITHIUM NEWS

 

Hybride und Elektrik werden gemeinhin als "grüne" Fahrzeuge bezeichnet, weil sie im Vergleich zu Nicht-Hybriden entweder weniger fossile Brennstoffe oder gar keine batteriebetriebenen Fahrzeuge verbrauchen.

 

Dennoch sind mit ihnen Umweltkosten verbunden. Ihre Batterien enthalten zahlreiche Chemikalien, während Lithium, das häufig in ihnen verwendet wird, am reichlichsten in Bolivien, Argentinien, Chile und China sowie Australien gefunden wird - vielleicht mit dem Potenzial, Lithiumkartelle anstelle der Ölsorte zu schaffen. Die verstärkte Elektrifizierung von Fahrzeugen und der Einsatz von Kobalt in Batterien haben auch das Interesse an der Bergbaustadt Cobalt im Norden Ontarios wieder aufleben lassen und damit ein zweischneidiges Schwert der wirtschaftlichen Erholung gegenüber Umweltproblemen gebracht.

 

Elektrofahrzeuge (Elektrofahrzeuge) sind wegen ihrer Reichweite und Ladezeit in erster Linie ein Nischenmarkt, aber das liegt nicht unbedingt an den Autos selbst. Sie sind tatsächlich seit den späten 1800er Jahren und waren oft eine beliebte Wahl, wenn ihre Drucktaste Operation war viel einfacher als Handkurbeln ein Benzinauto.

 

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Der flache Akkupack überspannt den gesamten Boden des Chevrolet Bolt und ist in das Chassis integriert.

 

Heutige hochentwickelte Elektroniksysteme haben Elektroautos erheblich verbessert, aber die Batterietechnologie hat nicht Schritt gehalten. Es gibt immer noch eine Grenze dafür, wie viel Energie sie speichern können, und in vielen Fällen benötigen Sie eine größere Batterie, um eine längere Reichweite zu erreichen. Das bringt Kosten und Gewicht - und je mehr Gewicht, desto mehr Kraft wird benötigt, um es zu bewegen. Ironischerweise schneidet diese größere Batterie tatsächlich in den zusätzlichen Bereich, den sie zur Verfügung stellt.

 

Frühe Elektroautos verwendeten Blei-Säure-Batterien, weil das alles, was verfügbar war, aber sie sind zu schwer und ineffizient für Elektrofahrzeuge im Vergleich zu modernen Alternativen. Sie sind immer noch in herkömmlichen Autos zu finden, wo sie verwendet werden, um den Motor zu starten. Sie enthalten eine negative Bleiplatte und eine positive Bleidioxidplatte, die beide in ein Bad aus Schwefelsäure und Wasser getaucht sind. Eine chemische Reaktion erzeugt die Spannung. Die Batterie speichert nur Strom, und wenn das Auto läuft, wird es von der Lichtmaschine aufgeladen, die auch die Lichter und andere elektrische Systeme versorgt.

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Der BMW i3 2014 wird von einem 170 PS starken Elektromotor und einer 22 Kilowattstunden Lithium-Ionen-Batterie angetrieben.

 

Stattdessen verwenden elektrifizierte Fahrzeuge im Allgemeinen Nickel-Metallhydrid- (NiMH) oder Lithium-Ionen- (Li-Ionen-) Batterien. NiMH-Batterien wurden verwendet, um frühere Elektroautos, wie GM EV-1 1999, zu versorgen, aber heute werden sie hauptsächlich in einigen Hybriden verwendet, um einen elektrischen Motor neben einem Benzinmotor anzutreiben. Sie sind nicht so energiereich wie Li-Ionen, aber sie sind auch weniger teuer und sie werden nicht so sehr von extremen Temperaturen beeinflusst. Sie enthalten negative und positive Elektroden aus Nickellegierung und Wasserstoff als festes Metallhydrat. In einem Hybrid werden sie durch regeneratives Bremsen aufgeladen, wobei kinetische Energie verwendet wird, die ansonsten während der Verzögerung verloren geht, die umgewandelt und als Elektrizität gespeichert wird.

 

In den meisten Elektrofahrzeugen und einigen Hybriden haben Lithium-Ionen-Batterien NiHM an den Bordstein gedrückt. Li-Ionen-Batteriezellen enthalten Elektroden aus einer Metalllegierung und kohlenstoffbasiertem Material wie Graphit, und ihr Elektrolyt enthält Lithiumionen. Wie andere Fahrzeugbatterien speichern sie Energie, anstatt sie zu erzeugen - sie müssen natürlich aufgeladen werden - und die Lithiumionen fließen von der negativen Elektrode zu positiv, wenn das Fahrzeug Energie benötigt, und von positiv zu negativ, wenn die Batterie geladen ist aufgeladen werden.

 

Aufgrund seiner höheren Energiedichte wiegt ein Lithium-Ionen-Akku weniger als ein NiMH-Akku gleicher Kapazität - im Toyota Prius 2018, der beide Typen anbietet, wiegt das Li-Ionen-Paket rund 16 Kilogramm weniger als der NiMH-Akku. Während sich Akkus bei längerer Nichtbenutzung langsam entladen, hält Li-Ion seine Ladung fast doppelt so lange wie NiMH. Sie benötigen keine Wartung, aber auf der anderen Seite mögen Lithium-Ionen-Batterien keine extremen Temperaturen und erfordern Wärmemanagementsysteme, damit sie nicht zu heiß oder zu kalt werden. Sie brauchen auch Schutzschaltungen, um zu verhindern, dass sie überladen oder übermäßig entwässert werden, und während ihre Kosten gesunken sind, sind sie immer noch relativ teuer.

 

Immer mehr Fahrzeuge verwenden Lithium-Polymer-Batterien, die genauso funktionieren wie Li-Ionen, aber gelierte Elektrolyte haben. Die Zellen sind leichter und flexibel, was das Einpacken in die Batterie erleichtert.

 

Der Wettbewerb und die Serienproduktion drücken die Preise, Unternehmen wie Tesla und Panasonic bauen die Batterieproduktion aus. Laut dem Marktanalysten Bloomberg lagen die Batteriepreise im Jahr 2010 bei etwa 1.300 USD pro Kilowattstunde, doch bis 2016 waren sie auf 350 USD gefallen und das Unternehmen prognostiziert, dass sie bis 2025 so niedrig wie 130 USD sein könnten.

 

Blei-Säure-Batterien sind zu etwa 95 Prozent recycelbar, einschließlich ihrer Säure, und NiMH-Batterien enthalten Metalle, die sie recycelbar machen. Lithium-Ionen-Batterien können auch für ihr Metall auseinander gezogen werden, aber während Lithium recycelbar ist, macht das Verfahren es derzeit teurer als die Verwendung von Neuware. Da Lithium-Ionen-Batterien jedoch noch eine lange Lebensdauer haben, nachdem sie für den Einsatz in Fahrzeugen zu stark degradiert sind, finden mehrere Unternehmen - einschließlich einiger Autohersteller - Möglichkeiten, sie für den Heim- oder Industriestauraum zu verwenden, z mit Sonnenkollektoren.

 

Was kommt als nächstes? Mehrere Unternehmen arbeiten an der Entwicklung von Festkörperbatterien, die mit Hochleistungselektroden und Festelektrolyten arbeiten und die zwei- bis dreifache Energiekapazität von Li-Ionen haben könnten. Und es gibt sogar die Möglichkeit von Superkondensatoren, die schnell Energie speichern und freisetzen, und die vielleicht eines Tages Batterien vollständig eliminieren könnten.


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