Kuanzia betri ya blade ya BYD, hadi betri ya Asali isiyo na kobalti ya Asali, kisha hadi betri ya ioni ya sodiamu ya enzi ya CATL, tasnia ya betri za nishati imekuwa na ubunifu unaoendelea.Septemba 23, 2020 - Siku ya Betri ya Tesla, Mkurugenzi Mtendaji wa Tesla Elon Musk alionyesha ulimwengu betri mpya - betri ya 4680.
Hapo awali, saizi za betri za silinda za lithiamu zilikuwa 18650 na 21700, na 21700 zilikuwa na nishati zaidi ya 50% kuliko 18650.Betri ya 4680 ina uwezo wa seli mara tano ya betri ya 21700, na betri mpya inaweza kupunguza gharama kwa kilowati-saa kwa karibu 14% na kuongeza safu ya kusafiri kwa 16%.
Musk alisema kwa uwazi kwamba betri hii itawezesha gari la umeme la $25,000.
Kwa hivyo, betri hii ya kutisha ilitoka wapi?Ifuatayo, tunachambua moja baada ya nyingine.
1. Betri ya 4680 ni nini?
Njia ya Tesla ya kutaja betri za nguvu ni rahisi sana na moja kwa moja.Betri ya 4680, kama jina linavyopendekeza, ni betri ya silinda yenye kipenyo cha seli moja cha 46mm na urefu wa 80mm.
Saizi tatu tofauti za betri za silinda za lithiamu-ioni
Kama inavyoonekana kwenye picha, ikilinganishwa na betri ya awali ya Tesla 18650 na betri ya 21700, betri ya 4680 inaonekana kama mtu mrefu na mwenye nguvu.
Lakini betri ya 4680 sio tu mabadiliko ya ukubwa, Tesla imeingiza teknolojia nyingi mpya ili kuboresha utendaji.
Pili, teknolojia mpya ya 4680 betri
1. Muundo wa sikio usio na electrodeless
Intuitively, hisia kubwa ya 4680 ni kwamba ni kubwa zaidi.Kwa hivyo kwa nini watengenezaji wengine hawakufanya betri kuwa kubwa hapo awali.Hii ni kwa sababu jinsi kiasi kinavyokuwa kikubwa na jinsi nishati inavyoongezeka, ndivyo joto inavyokuwa vigumu kudhibiti na ndivyo tishio la usalama litokanalo na kuungua na mlipuko.
Tesla inaonekana amezingatia hili pia.
Ikilinganishwa na betri ya silinda iliyotangulia, uvumbuzi mkubwa zaidi wa kimuundo wa betri ya 4680 ni lugi isiyo na kielektroniki, inayojulikana pia kama lug kamili.Katika betri ya jadi ya cylindrical, foil za shaba chanya na hasi na kitenganishi cha foil ya alumini zimefungwa na kujeruhiwa.Ili kuchora elektroni, waya inayoongoza inayoitwa kichupo hutiwa svetsade hadi ncha mbili za foil ya shaba na foil ya alumini.
Urefu wa vilima wa betri ya jadi ya 1860 ni 800mm.Kuchukua foil ya shaba yenye conductivity bora kama mfano, urefu wa vichupo vya kuongoza umeme kutoka kwenye karatasi ya shaba ni 800mm, ambayo ni sawa na sasa inayopita kwenye waya mrefu wa 800mm.
Kwa hesabu, upinzani ni kuhusu 20mΩ, urefu wa vilima wa betri 2170 ni kuhusu 1000mm, na upinzani ni kuhusu 23mΩ.Inaweza kubadilishwa kwa urahisi kuwa filamu ya unene sawa inahitaji kuingizwa kwenye betri ya 4680, na urefu wa vilima ni kuhusu 3800mm.
Kuna hasara nyingi za kuongeza urefu wa vilima.Elektroni zinahitaji kusafiri umbali mrefu ili kufikia vichupo kwenye ncha zote mbili za betri, upinzani utaongezeka, na betri itakabiliwa zaidi na joto.Utendaji wa betri utaharibu na hata kuunda masuala ya usalama.Ili kufupisha umbali unaosafirishwa na elektroni, betri ya 4680 hutumia teknolojia ya sikio isiyo na umeme.
Kichupo kisicho na umeme hakina tabo, lakini hugeuza mtozaji wote wa sasa kuwa kichupo, njia ya conductive haitegemei tena kichupo, na ya sasa inahamishwa kutoka kwa upitishaji wa kando ya kichupo hadi kwa sahani ya mtoza hadi upitishaji wa muda mrefu wa mtozaji wa sasa.
Urefu wote wa conductive umebadilika kutoka 800 hadi 1000mm ya 1860 au 2170 urefu wa foil ya shaba hadi 80mm (urefu wa betri).Upinzani umepunguzwa hadi 2mΩ, na matumizi ya upinzani wa ndani yanapunguzwa kutoka 2W hadi 0.2W, ambayo hupunguzwa moja kwa moja na amri ya ukubwa.
Muundo huu unapunguza sana impedance ya betri na kutatua tatizo la joto la betri ya cylindrical.
Kwa upande mmoja, teknolojia ya sikio la electrodeless huongeza eneo la uendeshaji wa sasa, hupunguza umbali wa uendeshaji wa sasa, na hupunguza sana upinzani wa ndani wa betri;kupunguzwa kwa upinzani wa ndani kunaweza kupunguza hali ya sasa ya kukabiliana na kuongeza muda wa maisha ya betri;kupunguzwa kwa upinzani pia kunaweza kupunguza kizazi cha joto, na mipako ya conductive electrode Eneo la mawasiliano la ufanisi kati ya safu na kofia ya mwisho ya betri inaweza kufikia 100%, ambayo inaweza kuboresha uwezo wa kusambaza joto.
Betri ya 4680 inachukua aina mpya ya teknolojia ya sikio isiyo na umeme kwa suala la muundo wa seli, ambayo inaweza kupunguza gharama na kuongeza ufanisi.Kwa upande mwingine, mchakato wa kulehemu wa tabo umeachwa, ufanisi wa uzalishaji unaboreshwa, na kiwango cha kasoro kinachosababishwa na kulehemu kinaweza kupunguzwa kwa wakati mmoja.
Mchoro wa mchoro wa monopole na muundo kamili wa pole
2. Pamoja na teknolojia ya CTC
Kwa ujumla, kadiri betri inavyokuwa kubwa, ndivyo betri chache zinavyohitaji kusakinishwa kwenye gari moja.Na seli 18650, Tesla inahitaji seli 7100.Ikiwa unatumia betri 4680, unahitaji betri 900 tu.
Betri chache, kwa kasi zinaweza kukusanyika, juu ya ufanisi, nafasi ndogo ya matatizo katika viungo vya kati, na bei nafuu zaidi.Kulingana na Tesla, 4680 kubwa inaweza kupunguza bei ya uzalishaji wa betri kwa 14%.
Ili kuboresha msongamano wa nishati ya pakiti ya betri, betri ya 4680 itaunganishwa na teknolojia ya CTC (Cell to Chassis).Ni kuunganisha seli za betri moja kwa moja kwenye chasisi.Kwa kuondoa kabisa moduli na pakiti za betri, seli za betri zinakuwa ngumu zaidi, idadi ya sehemu za betri itapunguzwa sana, na matumizi ya nafasi ya chasisi pia yataboreshwa sana.
CTC ina mahitaji fulani juu ya nguvu ya muundo wa betri.Betri yenyewe inapaswa kubeba nguvu nyingi za mitambo.Ikilinganishwa na betri za 18650 na 2170, betri moja ya 4680 ina nguvu kubwa ya kimuundo na nguvu ya juu ya muundo, na betri ya jumla ya ganda la mraba ni ganda la alumini.Gamba la 4680 limetengenezwa kwa chuma cha pua, na nguvu ya asili ya muundo imehakikishwa.
Ikilinganishwa na betri ya shell ya mraba, mpangilio wa betri ya silinda itakuwa rahisi zaidi, inaweza kukabiliana na aina mbalimbali za chasi, na inaweza kuunganishwa vizuri na tovuti.
Kwa mujibu wa utafiti na hukumu ya "EMF", teknolojia ya CTC ni tuyere ya magari mapya ya nishati mwaka 2022, na pia ni uma barabarani.
Kuunganishwa kwa betri ndani ya mwili kunaweza kufanya matengenezo ya gari kuwa ngumu sana, na betri ni vigumu kuchukua nafasi kwa kujitegemea.Bei za huduma baada ya mauzo zitaongezeka, na gharama hizi zitatumwa moja kwa moja kwa watumiaji, kama vile gharama za bima.Ingawa Musk anadai kwamba wamebuni reli za ukarabati ambazo zinaweza kukatwa na kubadilishwa, itachukua muda kuona jinsi itafanya kazi vizuri.
Makampuni mengi ya gari yamependekeza ufumbuzi wao wa kiufundi wa CTC, kwa sababu sio tu kupanga upya betri, lakini pia inahitaji kubadilisha muundo wa mwili.Hii inahusiana na mgawanyo upya wa kazi katika msururu wa usambazaji wa tasnia zinazohusiana.
CTC ni njia ya kiufundi tu.Ni mwili wa betri uliounganishwa, mtengano usiobadilika.Kuna teknolojia nyingine kote kutoka kwayo - kubadilishana betri.Teknolojia ya kubadilishana betri ni rahisi kutenganishwa, lakini betri inatoa mchango mkubwa kwa nguvu ya betri.Jinsi ya kuchagua njia hizi mbili ni mchezo kati ya wauzaji wa betri na OEMs.
Teknolojia ya CTC pamoja na betri ya 4680
3. Innovation katika mchakato wa uzalishaji wa betri, cathode na vifaa vya anode
Tesla itatumia mchakato wa elektrodi kavu ya betri, badala ya kutumia kiyeyusho, kiasi kidogo (karibu 5-8%) ya kifunga laini cha PTFE cha unga huchanganywa na poda chanya/hasi ya elektrodi, hupitishwa kupitia extruder kuunda ukanda mwembamba wa vifaa vya electrode, na kisha Ukanda wa nyenzo za electrode uliwekwa laminated kwa mtozaji wa sasa wa foil ya chuma ili kuunda electrode iliyokamilishwa.
Betri inayozalishwa kwa njia hii ni rafiki wa mazingira zaidi.Na mchakato huu utaongeza wiani wa nishati ya betri na kupunguza matumizi ya nishati ya uzalishaji kwa mara 10.Teknolojia ya elektrodi kavu ina uwezekano wa kuwa alama ya kiteknolojia kwa kizazi kijacho.
Tesla 4680 betri kavu electrode teknolojia
Kwa upande wa vifaa vya cathode, Tesla alisema kuwa pia itaondoa kipengele cha cobalt kwenye cathode.Cobalt ni ghali na adimu.Inaweza tu kuchimbwa katika nchi chache sana duniani, au katika nchi zisizo imara za Kiafrika kama vile Kongo.Ikiwa betri inaweza kweli kuondoa kipengele cha cobalt, inaweza kusemwa kuwa ni uvumbuzi mkubwa wa kiteknolojia.
Kobalti
Kwa upande wa vifaa vya anode, Tesla itaanza na vifaa vya silicon na kutumia silicon zaidi kuchukua nafasi ya grafiti inayotumika sasa.Uwezo mahususi wa kinadharia wa elektrodi hasi yenye msingi wa silicon ni wa juu hadi 4200mAh/g, ambayo ni mara kumi zaidi ya ile ya elektrodi hasi ya grafiti.Hata hivyo, elektroni hasi zenye msingi wa silicon pia zina matatizo kama vile upanuzi rahisi wa ujazo wa silicon, upitishaji duni wa umeme, na upotevu mkubwa wa awali wa kutokwa kwa malipo.
Kwa hivyo, uboreshaji wa utendakazi wa nyenzo kwa kweli ni kupata usawa kati ya msongamano wa nishati na uthabiti, na bidhaa za anodi za sasa za silicon hutiwa silicon na grafiti kwa matumizi ya mchanganyiko.
Tesla inapanga kubadilisha kimsingi uwezo wa kuharibika wa uso wa silicon ili kuifanya isiweze kuvunjika, teknolojia ambayo sio tu inaruhusu betri kuchaji haraka, lakini pia huongeza maisha ya betri kwa asilimia 20.Tesla alitaja nyenzo mpya "Tesla Silicon", na gharama ni $1.2/KWh, ambayo ni sehemu moja tu ya kumi ya mchakato uliopo wa silicon.
Anodi zenye msingi wa silicon huzingatiwa kama nyenzo za anodi ya betri ya lithiamu ya kizazi kijacho.
Mifano chache kwenye soko zimeanza kutumia vifaa vya anode vya silicon.Mifano kama vile Tesla Model 3 tayari zinajumuisha kiasi kidogo cha silikoni kwenye elektrodi hasi.Hivi karibuni, mfano wa GAC AION LX Plus ulizinduliwa.Toleo la Qianli lina teknolojia ya betri ya sifongo ya silicon anode, ambayo inaweza kufikia kilomita 1,000 za maisha ya betri.
anodi ya silicon ya betri 4680
Kwa muhtasari wa faida za teknolojia ya betri ya 4680 ni kwamba inaweza kuboresha utendakazi huku ikipunguza gharama.
3. Athari kubwa ya betri 4680
Betri ya 4680 sio mapinduzi ya kiteknolojia ya uharibifu, sio mafanikio katika msongamano wa nishati, lakini zaidi ya uvumbuzi katika teknolojia ya mchakato.
Hata hivyo, inayoendeshwa na Tesla, kwa muundo wa sasa wa soko jipya la nishati, uzalishaji wa betri 4680 utabadilisha muundo wa betri uliopo.Sekta hii bila shaka itaanzisha wimbi la betri za silinda za ujazo mkubwa.
Kulingana na ripoti, Panasonic inapanga kuanza uzalishaji wa wingi wa betri 4680 zenye uwezo mkubwa wa Tesla mapema 2023.Uwekezaji mpya utakuwa juu kama yen bilioni 80 (takriban dola za Marekani milioni 704).Samsung SDI na LG Energy pia wamejiunga na uundaji wa betri ya 4680.
Ndani ya nchi, Yiwei Lithium Energy ilitangaza kuwa kampuni yake tanzu ya Yiwei Power inapanga kujenga laini kubwa ya silinda ya 20GWh ya uzalishaji wa betri kwa magari ya abiria katika Eneo la Teknolojia ya Juu la Jingmen.Betri ya BAK na Nishati ya Asali pia itaingia kwenye uwanja wa betri kubwa za silinda.BMW na CATL pia wanatumia kikamilifu betri kubwa za silinda, na muundo msingi umebainishwa.
Mpangilio wa Betri ya Silinda ya Watengenezaji Betri
Nne, nguvu ya kielektroniki ina kitu cha kusema
Ubunifu wa muundo wa betri kubwa ya silinda bila shaka itakuza maendeleo ya tasnia ya betri ya nguvu.Si rahisi kama kusasisha tu kutoka kwa betri ya 5 hadi betri ya kwanza.Mwili wake wa mafuta una maswali makubwa.
Gharama ya betri ni karibu 40% ya gharama ya gari zima.Umuhimu wa betri kama "moyo" unajidhihirisha.Walakini, kwa umaarufu wa magari mapya ya nishati, mahitaji ya betri yanaongezeka siku baada ya siku, na bei ya vifaa inaongezeka.Ubunifu wa betri umekuwa njia muhimu kwa kampuni za magari kukuza.
Pamoja na maendeleo ya teknolojia zinazohusiana na betri, magari ya umeme ya bei nafuu yanakaribia kona!
Muda wa kutuma: Juni-13-2022