Trucks
Trucks
Pastarąjį dešimtmetį baterijų technologijos stipriai prisidėjo prie elektrinio transporto augimo. Tačiau kokios inovacijos laukia ateityje ir kaip jos paveiks elektrinius sunkvežimius?
Baterijos yra elektromobilumo pagrindas, o kiekvienas jų patobulinimas – padidėjęs našumas, kainos ar patikimumo pokyčiai – paspartina perėjimą prie elektra varomo transporto. Pastarieji metai – gana trumpas laikotarpis, per kurį buvo padaryta didelė pažanga.
Pirmosios komercinės ličio jonų baterijos buvo išleistos 1991 m., bet dėl jų kainos ir talpos jos dažniausiai buvo naudojamos smulkioje elektronikoje. Tačiau tai greitai pasikeitė, kai jų kaina smarkiai sumažėjo, todėl netrukus jos tapo perspektyviu sprendimu lengvuosiuose automobiliuose, o vėliau ir sunkvežimiuose. Nuo 2010 m. iki 2023 m. kilovatvalandės kaina sumažėjo 90 % – nuo 1 400 USD iki 140 USD.
Didžiausias proveržis įvyko 1980 m, kai buvo išrastos LCO (ličio kobalto oksido) baterijos. Ši perversmą sukėlusi technologija naudoja litį kaip katodo medžiagą, o tai iš karto padvigubino baterijų energijos tankį. Nuo to laiko įvairios baterijų cheminės medžiagos toliau tobulėjo, padidėjo energijos talpa, eksploatacijos laikas, saugumas ir našumas.
2001 m. buvo sukurtos NMC (nikelio mangano kobalto) baterijos, kurios greitai išpopuliarėjo automobilių pramonėje dėl daug didesnio energijos tankio ir gero šiluminio stabilumo. Šiuo metu pramonėje pradeda dominuoti LFP (ličio geležies fosfato) baterijos. Jų energijos tankis yra mažesnis nei NMC baterijų, tačiau jos užtikrina didesnį saugumą, ilgesnį eksploatavimo laiką, mažesnes išlaidas ir mažesnį poveikį aplinkai.
Kuriama daug naujų technologijų: kalbant apie energijos tankio didinimą, dideli lūkesčiai dedami į kietojo būvio baterijas. Tai reiškia, kad skystą elektrolitą pakeičia kietosios medžiagos, tokios kaip keramika arba kietieji polimerai, todėl mažesnėje ir lengvesnėje baterijoje galima sukaupti daugiau energijos. Dėl to elektrinių sunkvežimių nuvažiuojamas atstumas būtų ilgesnis. Tačiau naudojant kietuosius elektrolitus padidėja baterijos savitoji varža, palyginti su skystuoju elektrolitu. Taigi, šiuo metu kyla iššūkių, susijusių su įkrovimo greičiu ir našumo pablogėjimu laikui bėgant. Tačiau ši technologija turi daug potencialo sumažinti ličio jonų baterijų trūkumus, todėl ji toliau tobulinama. Pavyzdžiui, „Toyota“ siekia pradėti komercinę elektrinių transporto priemonių su kietojo būvio baterijomis gamybą iki 2027 m.
Kita baterijų technologijų tobulinimo priežastis yra pigesnių ir tvaresnių sprendimų poreikis. Šioje srityje natrio jonų baterijos yra perspektyvus sprendimas. Šiandien jų energijos tankis yra maždaug perpus mažesnis nei ličio jonų baterijų, tačiau jos kainuoja maždaug perpus pigiau, todėl ši technologija gali patenkinti mažesnius energijos poreikius. Jose yra natrio, kuris yra viena iš pigiausių ir lengviausiai prieinamų medžiagų planetoje, todėl jų poveikis aplinkai yra daug mažesnis nei ličio jonų baterijų.
Baterijos yra elektromobilumo pagrindas, o kiekvienas patobulinimas – našumo, kainos ar patikimumo – paspartina perėjimą prie elektrinio transporto.
Pagrindinis iššūkis yra sumažinti elektrinių sunkvežimių kainą, o pigesnės baterijų technologijos labai padės. Tačiau taip pat skiriasi vežėjų poreikiai įvairioms transporto užduotims. Siekiame, kad elektriniai tolimųjų reisų sunkvežimiai suteiktų tiek pat lankstumo kaip ir dyzeliniai. Netrukus bus galima įsigyti elektrinius sunkvežimius, kurių nuvažiuojamas atstumas siekia iki 600 km. Tačiau jei reikia nuvažiuoti didesnius atstumus, dažnai reikia sustoti ir įkrauti dieną: Ir tai gali užtrukti iki poros valandų.
Manau, kad matysime sektoriaus diversifikaciją, kur įvairios baterijų technologijos naudojamos atsižvelgiant į transporto užduotį. Galbūt pamatysime, kad natrio jonų baterijos vis dažniau bus naudojamos trumpesnėms užduotims, kai energijos poreikis yra palyginti mažas, pavyzdžiui, mieste. O kietojo būvio baterijos bus naudojamos elektriniuose tolimųjų reisų sunkvežimiuose – darant prielaidą, kad ateityje įvyks technologijos proveržis.
Bet kuriuo atveju vyksta intensyvūs šių technologijų tyrimai ir plėtra. Visame pasaulyje yra daug organizacijų – įskaitant technologijų bendroves, sektoriaus gamintojus ir viešąsias įstaigas – kurie daug investuoja į baterijų technologijų kūrimą ir tobulinimą. Nebūtinai įvyks didžiulis šuolis – kaip pirmojo ličio kobalto oksido baterijos išradimas – bet technologijos bus toliau vystomos ir tobulinamos.
Norėdami sužinoti daugiau apie elektrinių sunkvežimių baterijas, galite perskaityti 7 mitus apie elektrinių sunkvežimių baterijas.
Pastaraisiais dešimtmečiais buvo sukurtos ir išvystytos įvairios baterijų cheminės medžiagos, tačiau kiekviena iš jų turi unikalių stipriųjų ir silpnųjų pusių. Optimalus baterijos pasirinkimas bet kokiai transporto priemonei priklauso nuo jos poreikių ir eksploatavimo sąlygų. Šeši pagrindiniai šiuo metu naudojami baterijų tipai yra šie:
Anglų chemiko Johno B. Goodenougho atradimas, padėjęs pagrindus būsimam ličio jonų baterijų kūrimui. Tačiau dėl trumpos eksploatavimo trukmės ir mažo šiluminio stabilumo jos buvo naudojamos tik asmeniniuose elektronikos prietaisuose. Dėl didelio kobalto kiekio taip pat padidėja jų kaina ir poveikis aplinkai.
Energijos talpa: 150-200 Wh/kg
Ciklų skaičius: 500-1000 ciklai
Nekontroliuojamas kaitimas (temperatūra, kuriai esant baterijos elementai pasiekia nekontroliuojamą, savaime įkaistančią ir pavojingą būseną): 150°C
1996 m. sukurtos LFP baterijos pasižymi geresniu saugumu ir šiluminiu stabilumu, palyginti su LCO baterijomis, taip pat didesniu įkrovimo ciklų skaičiumi. Jas taip pat pigiau gaminti ir jos tausoja aplinką, nes jose nenaudojamas kobaltas. Nors jų energinė talpa, palyginti su kitomis cheminėmis sudėtimis, yra nedidelė, jos vis dažniau naudojamos elektrinėse transporto priemonėse.
Energijos talpa: 90-120 Wh/kg
Ciklų skaičius: +2000
Nekontroliuojamas kaitimas: 270°C
1996 m. pirmą kartą komercinei prekybai pristatytos LMO baterijos pasižymi geru šiluminiu stabilumu ir saugumu, be to, jas pigiau gaminti ir jos daro mažesnį poveikį aplinkai, palyginti su kobalto pagrindo baterijomis. Jos pasižymi dideliu iškrovos lygiu, bet santykinai mažu energijos tankiu ir trumpais gyvavimo ciklais. Dėl to jos tinka elektromobiliams, hibridiniams automobiliams ir e-dviračiams.
Energijos talpa: 100-150 Wh/kg
Ciklų skaičius: 300-700
Nekontroliuojamas kaitimas: 250°C
2001 m. Sukurtos NMC baterijos užtikrina gerą energijos tankio ir saugumo pusiausvyrą, todėl šiandien tai yra dažniausiai elektrinių transporto priemonių sektoriuje naudojamas baterijos. Didelis energijos tankis reiškia ilgesnį nuvažiuojamą atstumą ir yra tinkamiausias pasirinkimas sunkiasvoriams sunkvežimiams. Tačiau dėl didelių gamybos sąnaudų ir poveikio aplinkai automobilių gamintojai vis dažniau naudoja pigesnes LFP baterijas, nepaisant mažesnio energijos tankio.
Energijos talpa: 150-220 Wh/kg
Ciklų skaičius: 1000-2000
Nekontroliuojamas kaitimas: 210°C
NCA baterijos pasižymi dideliu energijos tankiu, ilgu veikimo ciklu ir puikiomis greitojo įkrovimo galimybėmis. Tačiau jos pasižymi didesne nekontroliuojamo kaitimo rizika, ypač esant aukštai temperatūrai arba perkrovus. Jos naudojamos kai kuriose aukšto našumo elektrinėse transporto priemonėse, tačiau dėl saugumo gamintojai jas renkasi rečiau.
Energijos talpa: 200-260 Wh/kg
Ciklų skaičius: 500
Nekontroliuojamas kaitimas: 150°C
LTO baterijos pasižymi viena iš saugiausių ličio jonų cheminių sudėčių rinkoje su puikiu šiluminiu stabilumu. Jos užtikrina greito įkrovimo galimybes ir ilgą eksploatacijos laiką. Taip pat šios baterijos turi pranašumą elektrinėse transporto priemonėse, kadangi jas reikia krauti trumpai ir dažnai. Tačiau jų energetinis pajėgumas yra mažas, o gamyba – brangi.
Energijos talpa: 50-80 Wh/kg
Ciklų skaičius: 3000-7000
Nekontroliuojamas kaitimas: 280°C
Šaltiniai: „Battery University“, „Elements“, „Dragonfly“, „Flash Battery“