Wer ist als Leistungsbatterie, Eisenphosphat-Lithiumbatterie und Lithium-Ionen-Batterie Ihre erste Wahl?

Die Batterietechnologie ist eine großartige Erfindung mit einer wunderbaren und langen Geschichte. Der englische Begriff „Battery“ tauchte erstmals im Jahr 1749 auf, als er vom amerikanischen Erfinder Benjamin Franklin zum ersten Mal verwendet wurde, als er eine Reihe von Kondensatoren für elektrische Experimente verwendete.

Im Jahr 1786 entdeckte der italienische Anatom Gavani in der Anatomie des Frosches biologische Elektrizität und veröffentlichte sie in der Wissenschaft. Im Jahr 1800 ließ sich Voges von Gavanis Froschexperiment inspirieren und stellte aus den Materialien Kupfer, Zinn und Salzwasser erfolgreich Voodoo-Batterien her. Im Jahr 1836 entwickelte der Brite Daniel eine Verbesserung des „Volt-Reaktors“.

Er löste das Problem der Batteriepolarisation, indem er verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt verwendete und so die erste Zink-Kupfer-Batterie schuf, auch bekannt als „Daniel-Batterie“, die nicht polarisiert war und einen ausgeglichenen Strom aufrechterhielt.

Im Jahr 1860 erfand der Franzose Plante eine Batterie mit Blei als Elektrode, einen Vorläufer der Batterie, während der Franzose Reclans die Kohle-Zink-Batterie erfand und damit die Batterietechnologie in die Trockenbatterie einführte.

Die kommerzielle Nutzung der Batterietechnologie begann mit Trockenbatterien, die 1887 vom Briten Helleson erfunden und 1896 in den USA in Massenproduktion hergestellt wurden, während Thomas Edison 1890 wiederaufladbare Eisen-Nickel-Batterien erfand und 1910 die Massenproduktion kommerzialisierte.

Seitdem hat die Batterietechnologie mit dem kommerziellen Fahren eine Ära rasanter Fortschritte eingeleitet: Thomas Edison erfand 1914 Alkalibatterien, Schlecht und Akermann erfanden 1934 Sinterplatten für Nickel-Cadmium-Batterien. Neumann entwickelte 1947 versiegelte Nickel-Cadmium-Batterien und Lew Urry (Energizer) läutete 1949 die Ära der Alkalibatterien ein.

Seit den 1970er Jahren entwickelte sich die Batterietechnologie aufgrund der Auswirkungen der Energiekrise allmählich in Richtung physikalischer Energie. Neben der Solarzellentechnologie im Jahr 1954 gab es kontinuierliche Fortschritte, und nach und nach wurden Lithiumbatterien und Nickelhydridbatterien erfunden und kommerziell eingesetzt.

Zweitens ist die Batteriekapazität unterschiedlich

Bei neuen Batterien wird die Batteriekapazität mit einem Entlademessgerät getestet. Die Kapazität einer normalen Power-Batterie beträgt etwa 1000–1500 mAh. In diesem Stadium kann die Kapazität einer Power-Batterie mehr als 200 Ah erreichen , während die Kapazität gewöhnlicher Batterien mehr als 2000 mAh beträgt, manche können 3400 mAh erreichen.

Ein 4200-mAh-Akku kann in wenigen Minuten aufleuchten, ein normaler Akku hingegen nicht. Daher ist die Entladekapazität eines normalen Akkus nicht mit der eines Akkus vergleichbar. Der größte Unterschied zwischen einem Akku und einem normalen Akku besteht darin, dass er mehr Leistung als Energie verbraucht. Da Akkus hauptsächlich für die Energieversorgung von Kraftfahrzeugen verwendet werden, verfügen sie über eine höhere Entladeleistung als herkömmliche Batterien.

Viertens ist die Anwendung anders

Batterien, die Elektrofahrzeuge antreiben, werden als Leistungsbatterien bezeichnet. Dazu gehören herkömmliche Blei-Säure-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien und aufkommende Lithium-Ionen-Batterien, die in strombetriebene Batterien (Hybridfahrzeuge) und energiebetriebene Batterien (reine Elektrofahrzeuge) unterteilt sind. Lithiumbatterien, die in Unterhaltungselektronik wie Laptops verwendet werden, werden allgemein als Lithiumbatterien bezeichnet und unterscheiden sich von Leistungsbatterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden.

Die wichtigsten Arten von Power-Batterien

Derzeit konzentrieren sich die Mainstream-Technologien auf dem Markt noch immer auf Blei-Säure-Batterietechnologie, Nickel-Wasserstoff-Batterietechnologie, Brennstoffzellentechnologie und Lithium-Ionen-Batterietechnologie.

Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Batterien haben die längste Anwendungsgeschichte, die ausgereifteste Technologie, die niedrigsten Kosten und den niedrigsten Batteriepreis und wurden in Massenproduktion hergestellt. Eine der ventilgesteuerten, versiegelten Blei-Säure-Batterien (VRLA) hat sich einst zu einer wichtigen Autobatterie entwickelt und wird in vielen europäischen und amerikanischen Automobilherstellern verwendet, die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge (HEV) entwickeln. So entwickelte GM in den 1980er und 1990er Jahren die Elektrofahrzeuge Saturn und EVI.

Blei-Säure-Batterien haben jedoch einen geringeren Energieverbrauch, eine kurze Lebensdauer, eine hohe Selbstentladungsrate und eine geringe Zyklenlebensdauer. Ihre Hauptrohstoffe sind schwer und können bei der Produktion und beim Recycling Schwermetalle freisetzen, was zu Umweltverschmutzung führt. Daher werden die aktuellen Blei-Säure-Batterien hauptsächlich in der Zündung beim Starten des Autos sowie in Elektrofahrrädern und anderen kleinen Geräten verwendet.

NiMH-Akkus

Ni-MH-Akkus haben eine gute Widerstandsfähigkeit und Überkapazität, es gibt keine Probleme mit der Schwermetallverschmutzung und im Laufe des Betriebs tritt kein Phänomen der Elektrolytzunahme oder -abnahme auf. Das Dichtungsdesign ist wartungsfrei. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien haben Nickel-Wasserstoff-Batterien eine höhere Energie, Leistung und Lebensdauer.

Der Nachteil besteht darin, dass der Memory-Effekt der Batterie schlecht ist und die Wasserstoffspeicherlegierung mit dem Lade- und Entladezyklus allmählich ihre katalytische Fähigkeit verliert. Der Innendruck der Batterie steigt allmählich an, was sich auf die Verwendung der Batterie auswirkt. Darüber hinaus führt der hohe Nickelpreis auch zu höheren Kosten.

Nickel-Metallhydrid-Batterien bestehen hauptsächlich aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem Separator und einem Elektrolyten. Die positive Elektrode ist eine Nickelelektrode (Ni(OH)2); die negative Elektrode ist in der Regel ein Metallhydrid (MH); der Elektrolyt ist hauptsächlich flüssig und besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, Kaliumoxid (KOH). Der Forschungsschwerpunkt bei Nickel-Wasserstoff-Batterien liegt derzeit auf den positiven und negativen Materialien, und die technologische Entwicklung ist relativ weit fortgeschritten.

Nickelhydrid-Batterien für Automobile werden in Massenproduktion hergestellt und eingesetzt und sind der am häufigsten verwendete Batterietyp bei der Entwicklung von Hybridfahrzeugen. Der typischste Vertreter ist der Toyota Prius, der derzeit größte Hersteller von Hybridfahrzeugen. PEVE, ein Joint Venture zwischen Toyota und Panasonic, ist der weltweit größte Hersteller von Nickel-Wasserstoff-Batterien. Warum sollte Toyota nun, da Nickel-Wasserstoff-Batterien nicht mehr im Mainstream angekommen sind, weiterhin auf Nickel-Wasserstoff-Batterien setzen?

Dies ist wohl der größte Vorteil von NiMH-Akkus: überlegene Haltbarkeit!

Consumer Reports, einst Amerikas führendes Automobilmedium, verglich einen Prius der ersten Generation nach einem Jahrzehnt Nutzung. Testergebnisse zeigen, dass die Prius-Modelle der ersten Generation mit NiMH-Batterien nach 10 Jahren Fahrt 330.000 Kilometern sowohl hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs als auch der Leistung mit den Daten neuer Fahrzeuge verglichen wurden. Dies deutet darauf hin, dass das Mischsystem und der Nickelhydrid-Akkupack noch immer einwandfrei funktionieren.

Darüber hinaus gab es mit dem Nickel-Wasserstoff-Akku des Prius der ersten Generation selbst nach zehn Jahren und 330.000 Kilometern keine Probleme. Auch vor zehn Jahren bestand keine Sorge, dass sich der Kapazitätsverlust des Akkus deutlich auf Kraftstoffverbrauch und Leistung auswirken würde. So gesehen hat die traditionell streng konservative Vorliebe der Japaner für Nickel-Wasserstoff-Akkus durchaus ihre ganz eigenen Gründe.

Die Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle ist ein Stromerzeugungsgerät, das die in Brennstoff und Oxidationsmitteln enthaltene chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Brennstoff und Luft werden den Brennstoffzellen zugeführt, wodurch Strom erzeugt wird. Von außen sieht sie wie eine Batterie aus, kann aber im Wesentlichen keinen „Strom speichern“, sondern ist ein „Kraftwerk“.

Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Batterien können Brennstoffzellen zur Nachfüllung von Brennstoff, üblicherweise Wasserstoff, verwendet werden. Einige Brennstoffzellen können Methan und Benzin als Brennstoff verwenden, sind aber normalerweise auf Industriesektoren wie Kraftwerke und Gabelstapler beschränkt. Das Grundprinzip der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist die umgekehrte Reaktion von Elektrolytwasser, das Wasserstoff und Sauerstoff an die Anode bzw. Kathode liefert. Der Wasserstoff gibt Elektronen ab, um durch eine externe Last die Kathode zu erreichen, nachdem die Anode nach außen diffundiert und mit dem Elektrolyten reagiert hat.

Die Funktionsweise einer Wasserstoff-Brennstoffzelle besteht darin, dass Wasserstoff an die Anodenplatte (Minuspol) der Brennstoffzelle geleitet wird und durch einen Katalysator (Platin) ein Elektron im Wasserstoffatom abgetrennt wird. Die Wasserstoffionen (Protonen) der fehlenden Elektronen gelangen durch die Protonenaustauschmembran zur Kathodenplatte (Pluspol) der Brennstoffzelle. Die Elektronen können die Protonenaustauschmembran nicht passieren und erreichen die Kathodenplatte der Brennstoffzelle nur über einen externen Stromkreis, um im externen Stromkreis Strom zu erzeugen.

Sobald die Elektronen die Kathodenplatte erreichen, werden sie mit Sauerstoffatomen und Wasserstoffionen zu Wasser rekombiniert. Da der der Kathodenplatte zugeführte Sauerstoff aus der Luft gewonnen werden kann, kann die Anodenplatte, solange sie ständig mit Wasserstoff versorgt wird, weiterhin Strom liefern. Die Kathodenplatte wird mit Luft versorgt und der Wasserdampf wird rechtzeitig entfernt.

Der von der Brennstoffzelle abgegebene Strom wird über Wechselrichter, Steuerung und andere Geräte an den Elektromotor weitergeleitet und treibt das Fahrzeug dann über das Getriebe, die Antriebswelle und andere Antriebsräder auf die Straße. Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen liegt die Energieumwandlungseffizienz von Brennstoffzellenfahrzeugen bei 60 bis 80 %, also zwei- bis dreimal so hoch wie die von Verbrennungsmotoren.

Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben. Das Ausgangsmaterial ist sauberes Wasser, das weder Kohlenmonoxid noch Kohlendioxid produziert und auch keinen Schwefel oder Partikel ausstößt. Daher ist ein Wasserstoff-Brennstoffzellenauto die wahre Bedeutung eines emissionsfreien und schadstofffreien Autos. Wasserstoff ist die perfekte Energiequelle für Autos!

Merkmale von Wasserstoff-Brennstoffzellen:

1.     Keine Umweltverschmutzung: Brennstoffzellen belasten die Umwelt nicht. Sie entstehen durch elektrochemische Reaktionen und nicht durch Verbrennung (Dampf, Diesel) oder Energiespeicherung (Batterie) – die gängigste traditionelle Notstromlösung. Bei der Verbrennung werden Schadstoffe wie COx, NOx, SOx und Staub freigesetzt. Wie bereits erwähnt, produzieren Brennstoffzellen lediglich Wasser und Wärme. Wird Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen erzeugt, ist der gesamte Kreislauf ein vollständiger Prozess, der keine schädlichen Emissionen erzeugt.

2.     Kein Lärm: Die Brennstoffzelle läuft leise mit einer Geräuschentwicklung von etwa 55 dB, was der Lautstärke einer normalen Unterhaltung entspricht. Dadurch eignet sich die Brennstoffzelle für die Installation in Innenräumen oder bei geringer Geräuschentwicklung im Freien.

3.     Hoher Wirkungsgrad: Brennstoffzellen können einen Wirkungsgrad von über 50 % erreichen, der durch die Umwandlungsnatur der Brennstoffzelle bestimmt wird, die chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt, ohne dass eine Zwischenumwandlung von thermischer und mechanischer Energie (Generatoren) erforderlich ist.

4.     Die Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen sind unbestreitbar, die Nachteile hingegen offensichtlich. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik konnten Probleme wie Sicherheit und Wasserstoffspeichertechnologie, die die Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen behinderten, schrittweise überwunden und kontinuierlich verbessert werden. Das Kostenproblem stellt jedoch nach wie vor den größten Engpass bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen dar.

Wasserstoffbrennstoffzellen kosten 100-mal so viel wie herkömmliche Benzinmotoren – ein Preis, den sich der Markt nicht leisten kann. Hinter der Wasserstofftankstelle steht ein Netz aus Wasserstoff-Energieerzeugungs- und -transportnetzen, und die große Mehrheit der Länder der Welt hat weder den Willen noch die Möglichkeiten, die Systematisierung dieser selten genutzten Energiequelle energisch voranzutreiben.

Insbesondere Wasserstoffenergie weist eine niedrige Umwandlungsrate auf und kann bei der Energieerzeugung Umweltverschmutzung verursachen. Andererseits sind die Bauanforderungen und -kosten der Hydrieranlage selbst sehr hoch, und es werden spezielle Niedertemperaturanlagen benötigt, um den Energiespeicherbedarf zu decken. Derzeit gibt es nur in Japan, Südkorea und Kalifornien mehr Hydrieranlagen, und zwar um die Dutzende.

Zu Beginn des Jahres 2017 scheint der ohnehin ruhige Markt für Brennstoffzellenautos plötzlich an Fahrt aufgenommen zu haben.

Einerseits stößt die mit großen Hoffnungen verbundene Verbesserung der Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge immer wieder auf Engpässe. Zu geringe Fahrleistung und zu lange Ladezeiten schränken die Aussichten für Fahrzeuge mit alternativer Energie weiterhin ein.

Andererseits werden Brennstoffzellenfahrzeuge in vielen Bereichen immer kostengünstiger.

Die ohnehin schon hohen Produktionskosten für Brennstoffzellenfahrzeuge sinken rapide. Fünf Minuten Tankzeit und eine Reichweite von über 500 Kilometern sind sicherlich verlockender als konkurrierende Elektroautos der Mittel- und Oberklasse.

Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Akkus für Autos werden auf Basis von Einweg-Lithiumbatterien entwickelt. Dies ist die Hauptrichtung der Batterieforschung und -entwicklung für reine Elektrofahrzeuge. Lithium-Ionen-Akkus bieten viele Vorteile wie Speicherlosigkeit, geringe Selbstentladung, Umweltschutz, hohes Energie- und Leistungsverhältnis usw. und sind nach Nickelhydrid-Akkus die beliebteste potenzielle Fahrzeugbatterie.

Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien

1.     Spannungsplattform

Lithium-Ionen-Batterien haben aufgrund der unterschiedlichen verwendeten positiven und negativen Materialien einen Arbeitsspannungsbereich von 3,7 bis 4 V, wobei die Betriebsspannung der großflächigen LiFePO4-Monomerbatterie 3,2 V beträgt, das Dreifache der von Nickelhydridbatterien und das Zweifache der von Blei-Säure-Batterien

2.     Größer als die Energie

Die aktuelle Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien für Personenkraftwagen liegt bei fast 200 Wh/kg und wird im Jahr 2020 voraussichtlich 300 Wh/kg erreichen.

3.     Kurze Akkulaufzeit

Aufgrund der Einschränkungen der elektrochemischen Materialeigenschaften ist es bei der Anzahl der Zyklen von Lithium-Ionen-Batterien nicht zu einem Durchbruch gekommen. Bei Lithiumphosphat beispielsweise kann die Anzahl der einzelnen Batteriezyklen mehr als 2.000 erreichen, bei Gruppenbatterien hingegen nur 1.000.

4.     Die Auswirkungen auf die Umwelt sind größer

Lithium-Ionen-Batterien verwenden das Leichtmetall Lithium. Obwohl sie kein Quecksilber, Blei oder schädliche Schwermetalle enthalten, gelten sie als umweltfreundliche Batterien mit geringerer Umweltbelastung.

Tatsächlich haben die Vereinigten Staaten Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer positiven und negativen Materialien sowie der nickel- und metallhaltigen Elektrolyte als brennbare, manganhaltige, reaktive, auslaugende, ätzende, giftige und schädliche Batterien eingestuft. Derzeit sind sie die giftigsten Batterien aller Batterietypen. Und da ihr Recyclingprozess komplexer ist und höhere Kosten verursacht, ist die derzeitige Recycling-Auslastungsrate nicht hoch. Altbatterien haben eine größere Umweltbelastung.

5.     Die Kosten sind immer noch hoch

Die Anschaffungskosten von Lithium-Ionen-Batterien sind hoch. Beispielsweise liegt der aktuelle Preis für LiFePO4-Batterien für Autobatterien bei etwa 2.500 RMB/kWh. Mit der zunehmenden Beliebtheit von Elektrofahrzeugen wird erwartet, dass dieser Preis im Jahr 2020 auf unter 1.000 RMB/kWh sinkt.

Aktuelle Mainstream-Vertreter von Elektrofahrzeugen und ihr Vergleich von Lithium-Ionen-Batterien

Tesla und Panasonic – Lithium-Kobaltoxid-Batterie

Als weltweit führender Anbieter vollelektrischer Fahrzeuge hat Tesla Motors, gegründet im Silicon Valley, mit seiner markanten Form, einer Beschleunigung von 3,2 Sekunden und einer Batterielebensdauer von über 400 Kilometern seine Sicht auf Elektrofahrzeuge revolutioniert und entwickelt sich schnell zu einem wichtigen Fahrzeug, das konventionellen Fahrzeugen Konkurrenz macht. Neben seinen leistungsstarken Elektromotoren und seiner hervorragenden Energiemanagementtechnologie hat Teslas Chance, an die Spitze des Unternehmens zu gelangen, nichts mit seiner Lithium-Kobalt-Batterie zu tun.

Die ersten Tesla MODEL S-Modelle verwendeten die Lithium-Kobalt-Batterie 18650 von Panasonic aus Japan, die etwas größer war als unsere üblichen 5-Zoll-Trockenbatterien, aber es war diese scheinbar unansehnliche Batterie, die nach Tausenden von Exemplaren ebenfalls eine erstaunliche Energie freisetzen konnte.

Diese Art von Batterie ist uns nicht fremd, da sie beispielsweise in Laptops und anderen elektronischen Digitalgeräten verwendet wird. Im Vergleich zu anderen Batterietypen hat die Panasonic 18650-Batterie als repräsentative Lithium-Kobalt-Säure-Batterie den Vorteil, dass die Technologie ziemlich ausgereift ist und mehr Energie liefert. Darüber hinaus bietet diese Art von Batterie einen hohen Entladestrom und eine hohe Ladegeschwindigkeit und ist daher ideal für Hochleistungs-Elektroautos wie Tesla.

Um die Energiedichte der Batterie zu maximieren, kombiniert Tesla diese einzelnen 3.100 mAh 18650 Lithiumbatterien zu einer kleinen „Batteriebox“, die dann zu einem kompletten Akkupack zusammengefügt wird. Insgesamt 8.142 18650 Batterien ergeben zusammen einen Akkupack mit mehr als 85 kWh und ermöglichen dem Tesla MODEL S eine Reichweite von über 400 km.

Teslas hochdichte Batteriekombination bietet eine beachtliche Gesamtbatteriekapazität. Die geringe thermische Stabilität von Lithium-Kobalt-Batterien und die Platzierung integrierter Paneele im Fahrgestell des Fahrzeugs stellen jedoch höhere Anforderungen an die Batteriekühlung und -sicherheit. Um dies zu erreichen, musste Tesla ausgeklügelte Batterieschutzverfahren und ein einzigartiges flüssigkeitsgekühltes Kühlsystem entwickeln, um die einwandfreie Funktion des Batteriepakets zu gewährleisten.

Dieser Aspekt verbessert nicht nur die Karosseriequalität, sondern hat auch einen gewissen Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeugs. Der offensichtlichste Grund besteht natürlich darin, dass er die Herstellungskosten des Fahrzeugs unsichtbar in die Höhe treibt. Daher ist auch der Preis, den Tesla für das Auto verkauft, ein Grund.

• BYD und LiFePO4-Batterie

Zu LiFePO4-Batterien: BYD ist der größte Hersteller von Fahrzeugen mit alternativer Energie. Angefangen mit der Herstellung von Lithium-Handybatterien hat sich das Unternehmen zu einem großen integrierten Unternehmen entwickelt, das die Batterieherstellung sowie die Herstellung von Fahrzeugen mit konventioneller und alternativer Energie abdeckt. Eisenphosphat ist das Kernprodukt und wird in den meisten BYD-Modellen verwendet.

LiFePO4 -Akkus gehören zu den Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (mit Lithiumphosphat (LiFePO4) als positiver Batterie), sie entladen sich effizienter und sind preisgünstiger als andere Lithiumbatterien. In den Anfangsjahren hat das Elektrofahrzeug E6 mit BYDs „Eisenbatterie“ den heimischen Markt für Elektrofahrzeuge für BYD erfolgreich erschlossen und auch die Investition in den Taximarkt in Shenzhen mit BYD E6-Elektrofahrzeugen war ein großer Erfolg.

Als eines der weltweit ersten Unternehmen, das die Industrialisierung von LiFePO4-Batterien realisierte, verwendete BYD diese Art von LiFePO4 im Vergleich zu den früheren Lithium-Mangan-Säure-Lithiumbatterien. Obwohl sich die Energiedichte nicht wesentlich unterscheidet, ist die thermische Stabilität derzeit die beste der leistungsstarken Lithiumbatterien.

Wenn die Batterietemperatur eine hohe Temperatur von 500–600 Grad Celsius erreicht, beginnt sich ihre innere chemische Zusammensetzung zu zersetzen, und es kommt weder bei Löchern noch bei Kurzschlüssen oder bei hohen Temperaturen zu Verbrennungen oder Explosionen. Im Vergleich zu der oben erwähnten Lithium-Kobalt-Säure-Lithiumbatterie von Panasonic (180–250 Grad Celsius, wenn die innere chemische Zusammensetzung bereits instabil ist) sind Eisenphosphat-Lithiumbatterien offensichtlich sicherer.

Neben der höheren Sicherheit bietet die Lebensdauer von LiFePO4-Batterien auch einige Vorteile. Seit der Inbetriebnahme des BYD E6 auf dem Taximarkt in Shenzhen im Jahr 2010 haben die 850 E6-Elektrotaxis, die seit ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2010 in Betrieb genommen wurden, eine Gesamtlaufleistung von über 300 Millionen Kilometern erreicht, wobei die maximale Laufleistung des Fahrrads mehr als 670.000 Kilometer beträgt. Diese Fahrzeuge laufen immer noch einwandfrei, was ebenfalls die Zuverlässigkeit der LiFePO4-Batterien belegt. Dieses Ergebnis macht den BYD E6 zum größten Modell auf dem chinesischen Elektrotaximarkt.

Neben den herausragenden Vorteilen der thermischen Stabilität weist die Energiedichte von Eisenphosphat-Lithiumbatterien jedoch immer noch einen kleinen Unterschied zur Dreifach-Lithiumbatterie und zur Lithium-Kobalt-Säure-Batterie auf. Bei gleicher Batteriekapazität ist die Eisenphosphat-Lithiumbatterie schwerer und hat ein größeres Volumen, was auch zu einer geringeren Reichweite des Fahrzeugs führt.

Der größte Schwachpunkt von LiFePO4-Akkus ist natürlich das Ladeproblem bei niedrigen Temperaturen. Bei Temperaturen unter -5 °C ist die Ladeeffizienz gering, was den Ladeanforderungen von Besitzern von Fahrzeugen mit neuer Energie im Norden im Winter nicht gerecht wird, wie es bei BYD der Fall ist. Wichtige Gründe für die Hybridmodelle Tang 100 und Qin 100, vorübergehend die ternäre Lithiumbatterie zu verwenden.

• Die am weitesten verbreitete ternäre Lithiumbatterie

NCM-Batterie – wie der Name schon sagt – bezieht sich auf das positive Material. Neben Lithium gibt es drei Metalle: Nickel-Kobalt-Mangan oder Nickel-Kobalt-Aluminium. Im Vergleich zu LiFePO4- und Lithium-Kobalt-Säure-Lithiumbatterien ist die Gesamtleistung der NCM-Batterie durchschnittlicher, die Energiedichte ist nicht niedrig, das Volumen ist höher als die Energie und der Preis ist relativ vernünftig, weshalb sie von immer mehr Herstellern von Fahrzeugen mit neuer Energie übernommen wird.

Als neues Produkt der letzten zwei Jahre bietet die NCM-Batterie hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und ein geringes Gewicht, was die Reichweite deutlich erhöht. Ein wichtigerer Grund ist zudem, dass mit der Steigerung der Produktionskapazität auch der Preis für Dreiwege-Lithiumbatterien weiter gesunken ist. Genau aus diesen Gründen setzen auch inländische Automobilhersteller auf Dreiwege-Lithiumbatterien für ihre Pkw-Produktion.

Der Nachteil der teratösen Lithiumbatterie besteht darin, dass die Sauerstoffentzugstemperatur des teratösen Materials 200 °C beträgt und die Heizenergie über 800 J/g liegt. Der Nadeltest wird dadurch nicht bestanden. Dies zeigt, dass die drei Batterien einen internen Kurzschluss aufweisen und das Batteriegehäuse beschädigt wird. Dies kann leicht zu Verbrennungen, Explosionen und anderen Sicherheitsunfällen führen.

Aus Sicherheitsgründen hat der Staat die Verwendung von Dreiwege-Lithiumbatterien in kommerziellen Modellen verboten. Mit dem technologischen Fortschritt, insbesondere durch den Einsatz von Keramikmembranen, wurde die Sicherheit der NCM-Batterie jedoch verbessert und gelöst. Angesichts der aktuellen Marktsituation steigt auch das Interesse der Automobilhersteller an der NCM-Batterie, da die umfassenden Vorteile der NCM-Batterie noch relativ offensichtlich sind.

Vorschau auf neue Batterietechnologie – Physical Battery

Die physikalische Batterie ist ein allgemeiner Begriff für Batterien, die auf physikalischen Veränderungen beruhen, um elektrische Energie bereitzustellen und zu speichern. Beispielsweise gehören „Superkondensatoren mit sofortiger Vollladung“ und „Schwungradbatterien mit einer Leistung von 5000–10000 W/kg“ zur Familie der physikalischen Batterien.

• Superkondensator

Ein Superkondensator ist eine Stromversorgung zwischen einem herkömmlichen Kondensator und einer Batterie mit einer Leistungsdichte von 300–500 W/kg, also dem 5- bis 10-fachen einer normalen Batterie. Er nutzt hauptsächlich die doppelte Elektronenschicht und die Redox-Kapazität zur Speicherung elektrischer Energie. Dabei findet keine chemische Reaktion statt, weshalb er als physikalische Batterie klassifiziert wird.

Im Vergleich zu chemischen Batterien haben Superkondensatoren drei entscheidende Vorteile:

1. Wiederholte Lade- und Entladezeiten von 100.000 Mal (herkömmliche chemische Batterien nur einige Hundert bis mehrere Tausend Mal) und die Lebenserwartung ist viel höher als die von chemischen Batterien;

2. Der Superkondensator weist beim Laden und Entladen eine sehr hohe Leistungsdichte auf und kann augenblicklich eine große Menge elektrischer Energie freisetzen, wodurch der breitere Leistungsbedarf des Fahrzeugs gedeckt werden kann.

3. Die Anpassungsfähigkeit an die Arbeitsumgebung ist besser. Normalerweise kann es normal funktionieren, wenn die Außentemperatur zwischen -40 ° C und 65 ° C liegt (die herkömmliche Batterie liegt im Allgemeinen bei -20 ° C und 60 ° C).

• Schwungradbatterie

Schwungradbatterien sind ein in den 1990er Jahren eingeführtes neues Batteriekonzept, das nach einem Prinzip geladen und entladen wird, das der Energie ähnelt, die durch die Drehung des Schwungrads erzeugt wird.

Der berühmte Porsche 911 GT3 Hybrid und der Porsche 918 Spyder, der zu den vier Top-Autos unserer Zeit zählt, sind an beiden Vorderrädern mit Schwungradbatterien ausgestattet, die die beim Bremsen gewonnene kinetische Energie in Strom umwandeln und in einem Schwungrad speichern. Beim Beschleunigen wird diese Energie auf die Vorderräder übertragen, wodurch die Beschleunigung erhöht und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors gesenkt wird.

Aufgrund von Technologie- und Materialpreisbeschränkungen ist der Preis von Schwungradbatterien relativ hoch und kann in kleinen Fällen ihre Vorteile nicht ausspielen. Im Weltraum, im Massentransport und in militärischen Situationen, in denen große Energiespeicher benötigt werden, werden Schwungradbatterien jedoch zunehmend eingesetzt.

Mit der Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativer Energie, bei denen Batterien eine der wichtigsten Komponenten sind, steigt die Energiedichte.

Der Schlüssel zur Batterierevolution liegt im Material. Teratoum-Material wird zum gängigen positiven Materialsystem, Graphit und Weichkohlenstoff, Hartkohlenstoff und andere Mischanwendungen für negative Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften werden ebenfalls zum gängigen System negativer Materialien.

Darüber hinaus hat Graphen in China begonnen, in die mittelfristige Testphase einzutreten. Die Menge an Graphen nach der Geburt wird die Energiedichte und Lebensdauer der Batterie erheblich verbessern.