Mật độ năng lượng là gì?
Mật độ năng lượng đề cập đến lượng năng lượng được lưu trữ trong một đơn vị không gian hoặc khối lượng vật chất nhất định.Mật độ năng lượng của pin là lượng điện phát ra bởi khối lượng hoặc khối lượng trung bình của pinMật độ năng lượng của pin thường được chia thành hai chiều: mật độ năng lượng trọng lượng và mật độ năng lượng khối lượng.
Trọng lượng pin mật độ năng lượng = công suất pin × nền tảng xả/trọng lượng, đơn vị cơ bản là Wh/kg (watt-hour/kg)
Lượng pin, mật độ năng lượng = công suất pin ×bệ xả/lượng pin, đơn vị cơ bản là Wh/L (watt-hour/l)
Mật độ năng lượng của pin càng lớn, càng có nhiều năng lượng có thể được lưu trữ trên mỗi đơn vị khối lượng hoặc trọng lượng.
Mật độ năng lượng Monomer là gì?
Mật độ năng lượng của pin thường đề cập đến hai khái niệm khác nhau, một là mật độ năng lượng của một tế bào duy nhất và một là mật độ năng lượng của một hệ thống pin.
Một tế bào pin là đơn vị nhỏ nhất của một hệ thống pin. M tế bào tạo thành một mô-đun, và N mô-đun tạo thành một gói pin, đó là cấu trúc cơ bản của pin điện ô tô.
Mật độ năng lượng của một tế bào duy nhất, như tên gọi cho thấy, là mật độ năng lượng ở mức độ của một tế bào duy nhất.
Theo "Made in China 2025", kế hoạch phát triển pin điện đã được làm rõ: vào năm 2020, mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 300Wh / kg; Vào năm 2025,mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 400Wh/kgTrong năm 2030, mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 500Wh/kg. Điều này đề cập đến mật độ năng lượng ở mức của một tế bào duy nhất.
Mật độ năng lượng hệ thống là gì?
Mật độ năng lượng hệ thống đề cập đến trọng lượng hoặc khối lượng của toàn bộ hệ thống pin sau khi kết hợp các monomer với trọng lượng hoặc khối lượng của toàn bộ hệ thống pin.Bởi vì hệ thống pin chứa hệ thống quản lý pin, hệ thống quản lý nhiệt, mạch điện áp cao và thấp, v.v., chiếm một phần trọng lượng và không gian bên trong của hệ thống pin,mật độ năng lượng của hệ thống pin thấp hơn so với hệ thống pin đơn thân.
mật độ năng lượng hệ thống = công suất hệ thống pin / trọng lượng hệ thống pin hoặc khối lượng hệ thống pin
Điều gì chính xác giới hạn mật độ năng lượng của pin lithium?
Hóa học đằng sau pin là lý do chính.
Nói chung, bốn bộ phận của pin lithium rất quan trọng: điện cực dương, điện cực âm, chất điện giải và niêm mạc.Các điện cực dương và âm là nơi xảy ra phản ứng hóa học, tương đương với xung nhịp thứ hai của Ren Du, và vị trí quan trọng của nó có thể được nhìn thấy.Tất cả chúng ta đều biết rằng mật độ năng lượng của một hệ thống pin với lithium thứ ba như là cathode cao hơn so với một hệ thống pin với lithium sắt phosphate như là cathodeTại sao lại thế?
Các vật liệu anode hiện có của pin lithium-ion chủ yếu là graphite, và dung lượng gram lý thuyết của graphite là 372mAh / g.vật liệu cathode, chỉ có 160mAh / g, trong khi vật liệu ba loại niken-cobalt-mangan (NCM) là khoảng 200mAh / g.
Theo lý thuyết thùng, mực nước được xác định bởi điểm ngắn nhất của thùng, và giới hạn dưới của mật độ năng lượng của pin lithium-ion phụ thuộc vào vật liệu cathode.
Nền tảng điện áp của lithium iron phosphate là 3,2V, và chỉ số ba là 3,7V, so với hai giai đoạn, mật độ năng lượng cao: sự khác biệt 16%.
Tất nhiên, ngoài hệ thống hóa học, mức độ của quá trình sản xuất như mật độ nén, độ dày tấm, vv, cũng sẽ ảnh hưởng đến mật độ năng lượng.mật độ nén càng lớn, dung lượng của pin càng cao trong một không gian hạn chế, vì vậy mật độ nén của vật liệu chính cũng được coi là một trong những chỉ số tham chiếu về mật độ năng lượng của pin.
Trong tập thứ tư của "Great Power Heavy Equipment II", CATL sử dụng tấm đồng 6 micron để cải thiện mật độ năng lượng bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến.
Chúc mừng, sự hiểu biết của bạn về pin đã lên đến một cấp độ tiếp theo.
Làm thế nào chúng ta có thể tăng mật độ năng lượng?
Việc áp dụng hệ thống vật liệu mới, điều chỉnh cấu trúc pin lithium,và cải thiện năng lực sản xuất là ba giai đoạn cho các kỹ sư R & D để "nhảy với tay áo dài"Dưới đây, chúng ta sẽ giải thích từ hai chiều của monomer và hệ thống.
- Mật độ năng lượng của các monomer chủ yếu phụ thuộc vào sự đột phá của hệ thống hóa học
1. Tăng kích thước của pin
Các nhà sản xuất pin có thể đạt được hiệu ứng mở rộng năng lượng bằng cách tăng kích thước của pin ban đầu.công ty xe điện nổi tiếng là người tiên phong trong việc sử dụng pin Panasonic 18650, sẽ thay thế nó bằng một pin 21700 mới.
Tuy nhiên, việc tế bào pin "mỡ" hoặc "lớn lên" chỉ là một triệu chứng, không chữa trị. The method of drawing wages from the bottom of the kettle is to find the key technology to improve the energy density from the positive and negative electrode materials and electrolyte components that make up the battery cell.
2. Cải cách hệ thống hóa học
Như đã đề cập trước đây, mật độ năng lượng của pin được giới hạn bởi các điện cực dương và âm của pin.Kể từ khi mật độ năng lượng của vật liệu anode hiện tại là lớn hơn nhiều so với các cathode, cần phải liên tục nâng cấp vật liệu cathode để cải thiện mật độ năng lượng.
Phân cực niken cao
Các vật liệu thứ ba thường đề cập đến gia đình lớn các oxit niken-cobalt-mangan, và chúng ta có thể thay đổi hiệu suất của pin bằng cách thay đổi tỷ lệ niken, cobalt và mangan.
Trong hình, anode silic carbon
Năng lượng riêng của vật liệu anode dựa trên silic có thể đạt 4200mAh / g, cao hơn nhiều so với công suất riêng lý thuyết của anode graphit là 372mAh / g,vì vậy nó đã trở thành một sự thay thế mạnh mẽ cho graphite anode.
Hiện tại,Việc sử dụng các vật liệu tổng hợp silicon-carbon để cải thiện mật độ năng lượng của pin đã được công nhận là một trong những hướng phát triển của vật liệu anode pin lithium-ion trong ngành công nghiệpTesla Model 3 sử dụng silicon carbon anode.
Trong tương lai, nếu bạn muốn đi một bước xa hơn - vượt qua ngưỡng 350Wh / kg của pin đơn, các đồng nghiệp trong ngành có thể cần phải tập trung vào hệ thống pin anode lithium kim loại,nhưng điều này cũng có nghĩa là thay đổi và cải thiện toàn bộ quy trình sản xuất pinBạn có thể thấy rằng tỷ lệ niken ngày càng cao và tỷ lệ cobalt ngày càng thấp.Công suất đặc tính của tế bào càng caoNgoài ra, do nguồn tài nguyên cobalt khan hiếm, việc tăng tỷ lệ niken sẽ làm giảm lượng cobalt được sử dụng.
3. mật độ năng lượng hệ thống: cải thiện hiệu quả nhóm của bộ pin
Nhóm gói pin kiểm tra khả năng của pin "con sư tử vây hãm" để sắp xếp các tế bào và mô-đun đơn lẻ,và nó là cần thiết để tối đa hóa việc sử dụng mỗi inch của không gian trên tiền đề của an toàn.
Mật độ năng lượng là gì?
Mật độ năng lượng đề cập đến lượng năng lượng được lưu trữ trong một đơn vị không gian hoặc khối lượng vật chất nhất định.Mật độ năng lượng của pin là lượng điện phát ra bởi khối lượng hoặc khối lượng trung bình của pinMật độ năng lượng của pin thường được chia thành hai chiều: mật độ năng lượng trọng lượng và mật độ năng lượng khối lượng.
Trọng lượng pin mật độ năng lượng = công suất pin × nền tảng xả/trọng lượng, đơn vị cơ bản là Wh/kg (watt-hour/kg)
Lượng pin, mật độ năng lượng = công suất pin ×bệ xả/lượng pin, đơn vị cơ bản là Wh/L (watt-hour/l)
Mật độ năng lượng của pin càng lớn, càng có nhiều năng lượng có thể được lưu trữ trên mỗi đơn vị khối lượng hoặc trọng lượng.
Mật độ năng lượng Monomer là gì?
Mật độ năng lượng của pin thường đề cập đến hai khái niệm khác nhau, một là mật độ năng lượng của một tế bào duy nhất và một là mật độ năng lượng của một hệ thống pin.
Một tế bào pin là đơn vị nhỏ nhất của một hệ thống pin. M tế bào tạo thành một mô-đun, và N mô-đun tạo thành một gói pin, đó là cấu trúc cơ bản của pin điện ô tô.
Mật độ năng lượng của một tế bào duy nhất, như tên gọi cho thấy, là mật độ năng lượng ở mức độ của một tế bào duy nhất.
Theo "Made in China 2025", kế hoạch phát triển pin điện đã được làm rõ: vào năm 2020, mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 300Wh / kg; Vào năm 2025,mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 400Wh/kgTrong năm 2030, mật độ năng lượng của pin sẽ đạt 500Wh/kg. Điều này đề cập đến mật độ năng lượng ở mức của một tế bào duy nhất.
Mật độ năng lượng hệ thống là gì?
Mật độ năng lượng hệ thống đề cập đến trọng lượng hoặc khối lượng của toàn bộ hệ thống pin sau khi kết hợp các monomer với trọng lượng hoặc khối lượng của toàn bộ hệ thống pin.Bởi vì hệ thống pin chứa hệ thống quản lý pin, hệ thống quản lý nhiệt, mạch điện áp cao và thấp, v.v., chiếm một phần trọng lượng và không gian bên trong của hệ thống pin,mật độ năng lượng của hệ thống pin thấp hơn so với hệ thống pin đơn thân.
mật độ năng lượng hệ thống = công suất hệ thống pin / trọng lượng hệ thống pin hoặc khối lượng hệ thống pin
Điều gì chính xác giới hạn mật độ năng lượng của pin lithium?
Hóa học đằng sau pin là lý do chính.
Nói chung, bốn bộ phận của pin lithium rất quan trọng: điện cực dương, điện cực âm, chất điện giải và niêm mạc.Các điện cực dương và âm là nơi xảy ra phản ứng hóa học, tương đương với xung nhịp thứ hai của Ren Du, và vị trí quan trọng của nó có thể được nhìn thấy.Tất cả chúng ta đều biết rằng mật độ năng lượng của một hệ thống pin với lithium thứ ba như là cathode cao hơn so với một hệ thống pin với lithium sắt phosphate như là cathodeTại sao lại thế?
Các vật liệu anode hiện có của pin lithium-ion chủ yếu là graphite, và dung lượng gram lý thuyết của graphite là 372mAh / g.vật liệu cathode, chỉ có 160mAh / g, trong khi vật liệu ba loại niken-cobalt-mangan (NCM) là khoảng 200mAh / g.
Theo lý thuyết thùng, mực nước được xác định bởi điểm ngắn nhất của thùng, và giới hạn dưới của mật độ năng lượng của pin lithium-ion phụ thuộc vào vật liệu cathode.
Nền tảng điện áp của lithium iron phosphate là 3,2V, và chỉ số ba là 3,7V, so với hai giai đoạn, mật độ năng lượng cao: sự khác biệt 16%.
Tất nhiên, ngoài hệ thống hóa học, mức độ của quá trình sản xuất như mật độ nén, độ dày tấm, vv, cũng sẽ ảnh hưởng đến mật độ năng lượng.mật độ nén càng lớn, dung lượng của pin càng cao trong một không gian hạn chế, vì vậy mật độ nén của vật liệu chính cũng được coi là một trong những chỉ số tham chiếu về mật độ năng lượng của pin.
Trong tập thứ tư của "Great Power Heavy Equipment II", CATL sử dụng tấm đồng 6 micron để cải thiện mật độ năng lượng bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến.
Chúc mừng, sự hiểu biết của bạn về pin đã lên đến một cấp độ tiếp theo.
Làm thế nào chúng ta có thể tăng mật độ năng lượng?
Việc áp dụng hệ thống vật liệu mới, điều chỉnh cấu trúc pin lithium,và cải thiện năng lực sản xuất là ba giai đoạn cho các kỹ sư R & D để "nhảy với tay áo dài"Dưới đây, chúng ta sẽ giải thích từ hai chiều của monomer và hệ thống.
- Mật độ năng lượng của các monomer chủ yếu phụ thuộc vào sự đột phá của hệ thống hóa học
1. Tăng kích thước của pin
Các nhà sản xuất pin có thể đạt được hiệu ứng mở rộng năng lượng bằng cách tăng kích thước của pin ban đầu.công ty xe điện nổi tiếng là người tiên phong trong việc sử dụng pin Panasonic 18650, sẽ thay thế nó bằng một pin 21700 mới.
Tuy nhiên, việc tế bào pin "mỡ" hoặc "lớn lên" chỉ là một triệu chứng, không chữa trị. The method of drawing wages from the bottom of the kettle is to find the key technology to improve the energy density from the positive and negative electrode materials and electrolyte components that make up the battery cell.
2. Cải cách hệ thống hóa học
Như đã đề cập trước đây, mật độ năng lượng của pin được giới hạn bởi các điện cực dương và âm của pin.Kể từ khi mật độ năng lượng của vật liệu anode hiện tại là lớn hơn nhiều so với các cathode, cần phải liên tục nâng cấp vật liệu cathode để cải thiện mật độ năng lượng.
Phân cực niken cao
Các vật liệu thứ ba thường đề cập đến gia đình lớn các oxit niken-cobalt-mangan, và chúng ta có thể thay đổi hiệu suất của pin bằng cách thay đổi tỷ lệ niken, cobalt và mangan.
Trong hình, anode silic carbon
Năng lượng riêng của vật liệu anode dựa trên silic có thể đạt 4200mAh / g, cao hơn nhiều so với công suất riêng lý thuyết của anode graphit là 372mAh / g,vì vậy nó đã trở thành một sự thay thế mạnh mẽ cho graphite anode.
Hiện tại,Việc sử dụng các vật liệu tổng hợp silicon-carbon để cải thiện mật độ năng lượng của pin đã được công nhận là một trong những hướng phát triển của vật liệu anode pin lithium-ion trong ngành công nghiệpTesla Model 3 sử dụng silicon carbon anode.
Trong tương lai, nếu bạn muốn đi một bước xa hơn - vượt qua ngưỡng 350Wh / kg của pin đơn, các đồng nghiệp trong ngành có thể cần phải tập trung vào hệ thống pin anode lithium kim loại,nhưng điều này cũng có nghĩa là thay đổi và cải thiện toàn bộ quy trình sản xuất pinBạn có thể thấy rằng tỷ lệ niken ngày càng cao và tỷ lệ cobalt ngày càng thấp.Công suất đặc tính của tế bào càng caoNgoài ra, do nguồn tài nguyên cobalt khan hiếm, việc tăng tỷ lệ niken sẽ làm giảm lượng cobalt được sử dụng.
3. mật độ năng lượng hệ thống: cải thiện hiệu quả nhóm của bộ pin
Nhóm gói pin kiểm tra khả năng của pin "con sư tử vây hãm" để sắp xếp các tế bào và mô-đun đơn lẻ,và nó là cần thiết để tối đa hóa việc sử dụng mỗi inch của không gian trên tiền đề của an toàn.
