Литий-железо-фосфат станет следующим большим достижением в аккумуляторах для электромобилей

Aug 28, 2023

BMW iX тестируется с прототипом литий-железо-фосфатной батареи Our Next Energy

Литий-железо-фосфатные батареи (LFP) уже используются в большинстве электромобилей на китайском рынке, но они только начинают проникать в Северную Америку. На самом деле они не новы, поскольку были изобретены здесь, но до недавнего времени автопроизводители, продающие здесь электромобили, избегали их, потому что покупатели автомобилей хотели большего запаса хода, чем они могли разумно обеспечить. Все это находится в процессе изменений, и в ближайшие годы мы увидим гораздо больше LFP, и ожидается, что разрыв в производительности сократится благодаря таким компаниям, как Our Next Energy (ONE) и Mitra Chem.

Почти во всех электромобилях, продаваемых в Северной Америке, используются литий-ионные аккумуляторы с катодами, содержащими некоторые вариации химического состава никель-кобальта. Эти батареи предлагают лучшее сочетание дальности действия, мощности и размера, но за это приходится платить высокую цену. Никель и кобальт в настоящее время стоят более чем вдвое дороже, чем в 2021 году, после резкого скачка цен после вторжения России в Украину и увеличения спроса на электромобили. Никель-кобальтовые химические элементы также в некоторой степени склонны к температурному выходу из-под контроля, если они физически повреждены или имеют производственные дефекты, что привело к шести различным отзывам за последние три года, включая Chevrolet Bolt.

Термический разгон вызван наличием кислорода в никель-кобальтовых смесях, который высвобождается, когда элемент подвергается внутреннему короткому замыканию и нагревается. Поскольку для пожара требуются топливо, кислород и источник воспламенения, лишение огня любого из них приведет к его тушению. Тушение пожара водой или пеной предназначено для того, чтобы лишить огонь кислорода для его тушения. Однако, как только в никель-кобальтовой батарее начинается пожар, он выделяет собственный кислород, поэтому эти пожары так трудно потушить.

Батареи LFP не содержат O2, поэтому, хотя при коротком замыкании они могут выделять некоторое количество газов, они не сгорают, как никелевые батареи. Это делает их гораздо более безопасными и долговечными, хотя и за счет более низкой плотности энергии. Обычно батарея LFP, имеющая архитектуру, аналогичную никелевой батарее, имеет примерно на 30-40 % меньшую плотность энергии, но может выдерживать тысячи циклов зарядки и выдерживать злоупотребление более быстрой зарядкой.

Наша следующая энергия

Компания ONE со штаб-квартирой в Нови, штат Мичиган, была основана в 2020 году Муджибом Иджазом, бывшим руководителем компаний Ford, A123 Systems и Apple. Целью ONE было создание более безопасных, дешевых и экологически чистых аккумуляторов, и они утверждают, что добились значительного прогресса в создании своего последнего аккумуляторного блока Aries II. Оригинальный Aries I уже находится в мелкосерийном производстве и используется калифорнийской компанией Motiv Power Systems для своих коммерческих электромобилей, а также для стационарных систем хранения данных.

Aries II представляет собой модернизированную версию, и Иджаз утверждает, что ее плотность энергии теперь находится в пределах 6 % от плотности энергии ведущих никель-марганцево-кобальтовых аккумуляторных блоков для электромобилей, а стоимость на 25 % ниже и при этом не требуется никель или кобальт. ONE добился этого частично за счет использования архитектуры Cell-to-Pack (C2P), которая позволяет устанавливать значительно больше ячеек в одном корпусе.

Типичные модульные блоки имеют конструкцию «коробка в коробке», при которой элементы устанавливаются в корпус модуля, который затем устанавливается в более крупный блок. Эти корпуса занимают место в упаковке и требуют большего количества соединений и проводки, что увеличивает стоимость. В типичном модульном пакете только около 30-35% объема фактически состоит из активного клеточного материала, хранящего энергию. В Aries II все элементы вставлены непосредственно в корпус и соединены между собой радиаторами и охлаждающей пластиной, заполняя большую часть пространства. Коэффициент заполнения активным клеточным материалом составляет более 70%.

Ожидается, что пакет Aries II позволит будущим электромобилям проезжать до 350 миль без подзарядки. Но ONE уже продемонстрировал способность заставить Tesla Model S проехать более 750 миль с помощью оригинального прототипа батареи Gemini. В Gemini используются два химических элемента: LFP и безанодный марганцевый элемент. Поскольку большинство людей ежедневно используют только часть диапазона и лишь изредка нуждаются в максимальном диапазоне, Gemini спроектирован как расширитель диапазона.