Comparación de características y aplicaciones de los tipos de baterías de coche
El papel de las baterías de coche y los tipos de baterías de coche
En los vehículos eléctricos, la batería de alimentación sirve como fuente de energía de todo el vehículo y proporciona potencia al mismo. El rendimiento de la tipos de baterías de coche determina directamente el valor real del coche. La función de la batería de alimentación es recibir y almacenar la corriente continua de alto voltaje suministrada por el cargador de a bordo, el generador, el dispositivo de recuperación de energía de frenado o el dispositivo de carga externo, y suministrar corriente continua de alto voltaje a los vehículos eléctricos.
Los principales tipos de baterías de coche son las baterías de plomo-ácido, las baterías de níquel e hidruro metálico, las baterías de iones de litio, las pilas de combustible y los supercondensadores. A continuación se comparan las características y aplicaciones de los distintos tipos de baterías:
| Tipos | Características | Aplicación |
|---|---|---|
| Baterías de plomo-ácido | Bajo coste, tecnología madura, baja energía y potencia única, voluminoso, alto grado de comercialización | Coches normales, baterías de bajo voltaje para vehículos de nueva energía, baterías de alto voltaje para bicicletas eléctricas |
| Pilas de níquel e hidruro metálico | Mayor seguridad, mayor duración, coste elevado, alto grado de comercialización | Coche híbrido Toyota |
| Baterías de iones de litio | Alta densidad energética, baja tasa de autodescarga, larga vida útil, alto coste, alto grado de comercialización | La mayoría de los vehículos eléctricos |
| Pilas de combustible | Alta densidad energética, gran margen de mejora, alto coste, bajo grado de comercialización | Vehículo comercial eléctrico |
| Supercondensadores | Rápida velocidad de carga, alta eficiencia, rápida eficiencia de descarga y carga duradera | Asistencia energética para vehículos eléctricos |
Baterías de plomo-ácido
Entre los tipos de baterías de automóvil, las de plomo-ácido se utilizan ampliamente como fuente de energía de arranque para vehículos con motor de combustión interna. También es una batería madura para vehículos eléctricos, con buena fiabilidad, fácil acceso a las materias primas y bajo precio; su potencia específica puede satisfacer básicamente los requisitos de potencia de los vehículos eléctricos.
Pero tiene dos grandes desventajas: una es la baja energía específica, la masa y el volumen ocupados son demasiado grandes, y el kilometraje de una carga es corto; la otra es la corta vida útil y el alto coste de uso. En la actualidad, las baterías de plomo-ácido ya no se utilizan como baterías de potencia.
Pilas de níquel e hidruro metálico
En los tipos de baterías para automóviles, las baterías de níquel e hidruro metálico se sintetizan mediante iones de hidrógeno y níquel metálico.
● Ventajas: Gran reserva de energía de la batería, menor peso, mayor vida útil y no contamina el medio ambiente.
● Desventajas: El coste de fabricación es demasiado alto, y el rendimiento es peor que el de las baterías de litio.
Los modelos representativos son: Toyota Prius, Ford Escape, etc.
Baterías de iones de litio
La batería de iones de litio se refiere a un tipo de batería que utiliza el elemento de litio como principal material activo en el material del electrodo, incluyendo principalmente la batería de metal de litio y la batería de iones de litio. Las baterías de litio mencionadas en este artículo son principalmente baterías de iones de litio.
Como el las mejores pilas recargables Con alto voltaje y alta densidad de energía, la batería secundaria de iones de litio tiene las siguientes características sobresalientes en los tipos de baterías de coche: peso ligero, gran almacenamiento de energía, no contamina, no tiene efecto memoria y tiene una larga vida útil.
En el caso del mismo volumen y peso, en los tipos de baterías para automóviles, la capacidad de almacenamiento de las baterías de litio es 1,6 veces superior a la de las baterías de níquel-hidruro metálico, y el ser humano sólo ha desarrollado y utilizado de 20% a 30% de su potencia teórica, por lo que la perspectiva de desarrollo es muy brillante. Al mismo tiempo, se trata de una auténtica batería verde que no contamina el medio ambiente, y es actualmente la mejor batería que puede aplicarse a los vehículos eléctricos.
Según los distintos materiales, las baterías de litio para coches pueden dividirse en baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de óxido de cobalto y baterías de litio. batería ternaria de litio. En lo que respecta a la situación real de la carga en el mercado, los principales modelos nuevos utilizan básicamente baterías ternarias de litio y baterías de litio-hierro-fosfato. A continuación se comparan las características, ventajas y desventajas de estas dos baterías.
| Batería de litio ternaria | Batería de litio hierro fosfato | |
| Material de composición | Li(NiCoMn)O2 (Li(NiCoAl)O2 | LiFePO4 |
| Densidad energética | Alta (unos 240WH/kg) | Bajo (unos 140WH/kg) |
| Volumen / Peso | Pequeño/Ligero | Grande/Pesado |
| Resistencia a la temperatura | Resistente a bajas temperaturas, no a altas temperaturas | Resistente a altas temperaturas, no a bajas temperaturas |
| Resistencia a bajas temperaturas: El límite inferior de uso a baja temperatura es de menos 30 grados, y la atenuación de potencia es de unos 15% en invierno | No es resistente a las bajas temperaturas: El límite inferior de uso a baja temperatura es de menos 20 grados, y la potencia se atenúa unos 30% en invierno | |
| No resiste altas temperaturas: La temperatura de fuga térmica es de unos 200°C~300°C, y el riesgo de combustión espontánea es alto | Resistencia a altas temperaturas: temperatura de fuga térmica superior a 500°C, bajo riesgo de combustión espontánea | |
| Seguridad | Pobre | Mejor |
| Coste | Alta | Bajo |
| Vida útil | Bajo ciclo de vida (La carga y descarga empieza a decaer después de unas 2000 veces) | Alto ciclo de vida (Carga y descarga unas 3500 veces y empieza a decaer) |
Batería de litio ternaria
Por batería ternaria de litio se entiende una batería que utiliza como material catódico óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (Li(NiCoMn)O2) o níquel, cobalto y aluminio (Li(NiCoAl)O2). En la actualidad, el primero se utiliza habitualmente en vehículos eléctricos.
El material de cátodo compuesto ternario está hecho de sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso. La proporción de níquel, cobalto y manganeso puede ajustarse en función de las necesidades reales. La batería con material ternario como cátodo es más segura que la batería de litio-óxido de cobalto.
Entre ellas, las ventajas de las baterías ternarias de litio residen en la densidad de almacenamiento de energía y la resistencia a las bajas temperaturas. En primer lugar, en términos de densidad de almacenamiento de energía, debido al alto voltaje de la batería ternaria de litio, su densidad energética puede alcanzar básicamente los 240WH/kg, que es casi 1,7 veces la de la batería de litio hierro fosfato de 140WH/kg.
Al mismo tiempo, en cuanto a la comparación entre las baterías NCA y NCM, la NCA tiene mejores prestaciones, pero debido a la menor temperatura de fuga térmica, requiere un proceso de fabricación y un coste elevados, y la tecnología está en manos de las empresas automovilísticas japonesas y coreanas.
Por lo tanto, China desarrolla principalmente baterías NCM en tipos de baterías para automóviles, que actualmente se dividen en cuatro tipos según la proporción de materiales ternarios: 111, 523, 622 y 811. Entre ellas, las baterías 881 de alto contenido en níquel se han convertido en la dirección de avance clave porque es la clave para mejorar la energía
La segunda es la resistencia a las bajas temperaturas. El límite inferior de uso a baja temperatura de las baterías ternarias de litio es de menos 30 grados, lo que resulta más ventajoso que el límite inferior de menos 20 grados de las baterías de fosfato de hierro y litio. En comparación con las baterías de óxido de litio y cobalto, las baterías ternarias de litio son más seguras y más adecuadas para la tendencia de desarrollo de las baterías de vehículos eléctricos en el futuro.
Batería de litio hierro fosfato
La batería de litio hierro fosfato es una batería de iones de litio que utiliza LiFePO4 como material catódico. El litio hierro fosfato tiene ventajas en tres aspectos:
Una es la alta seguridad, porque la temperatura de fuga térmica de las baterías de litio hierro fosfato suele ser más alta que la de las baterías ternarias de litio. En cambio, las baterías de litio hierro fosfato tienen un menor riesgo de combustión espontánea durante la conducción a alta velocidad y la carga rápida. En estos tipos de baterías para coches, la estabilidad de la batería de litio hierro fosfato es actualmente la mejor entre las baterías de litio para vehículos.
La segunda es la mayor duración de los ciclos, porque las baterías de litio hierro fosfato no empiezan a deteriorarse hasta que el número de ciclos de carga y descarga es superior a 3.500, lo que significa que su vida útil puede llegar a los diez años aproximadamente. Sin embargo, en comparación batería lfp vs nmc, el número de ciclos de carga y descarga de la batería ternaria de litio es de sólo 2.000, lo que significa que su vida útil es de sólo 6 años, lo que muestra la diferencia entre ambas.
La tercera es la reducción de los costes de fabricación, ya que las baterías de litio hierro fosfato no tienen metales preciosos, por lo que los costes de producción son más bajos. Por otro lado, como las baterías ternarias de litio utilizan cobalto metálico, 70% de sus reservas se encuentran en la República Democrática del Congo, en África, lo que hace que sus precios de importación se disparen. Esta es otra razón clave por la que las empresas de baterías se ven obligadas a tomar la vía de la tecnología 811.
Pilas de combustible
Una pila de combustible es un dispositivo químico que convierte directamente la energía química del combustible en energía eléctrica, también conocido como generador electroquímico. A diferencia de otros tipos de baterías de coche, convierte la energía química almacenada en el combustible y el oxidante directamente en energía eléctrica según el principio electroquímico. El proceso real es la reacción redox. El producto de la reacción no contamina el medio ambiente.
Las pilas de combustible se componen principalmente de tres partes: electrodos, electrolitos y circuitos externos. El combustible son principalmente hidrocarburos como el hidrógeno y el metanol. Las pilas de combustible más utilizadas pueden dividirse en PEMFC de protones, SOFC, MCFC, PAFC y AFC en función de sus diferentes electrolitos.
Entre ellas, la PEMFC es una pila de combustible relativamente madura y ampliamente utilizada debido a sus diversas ventajas de rendimiento, como la baja temperatura de funcionamiento de la pila y la rápida velocidad de arranque, y ocupa una posición dominante en los envíos mundiales.
Supercondensadores
Los supercondensadores, también conocidos como condensadores farad, son componentes electroquímicos desarrollados en los años 70 y 80 para almacenar energía mediante electrolitos polarizados. Es una fuente de energía con prestaciones especiales entre los condensadores tradicionales y las baterías. Utiliza la estructura de doble capa eléctrica compuesta por electrodos porosos de carbono activado y electrolitos para obtener una capacidad supergrande, y se basa en la doble capa eléctrica y las cargas redox para almacenar energía eléctrica.
En el proceso de almacenamiento de energía no se produce ninguna reacción química, y este proceso de almacenamiento de energía es reversible, ya que este supercondensador puede cargarse y descargarse repetidamente cientos de miles de veces.
Las principales ventajas de los supercondensadores son su alta densidad de potencia, su corto tiempo de carga y descarga, su larga vida útil y su amplio rango de temperaturas de funcionamiento. En comparación con los productos tradicionales de tipo batería de coche, los supercondensadores sólo pueden almacenar una pequeña cantidad de electricidad. Por lo tanto, en un vehículo eléctrico enchufable en casa, este condensador no puede utilizarse solo como dispositivo de suministro de energía, sino que debe usarse junto con una batería de alimentación de combustible.
Por otro lado, los supercondensadores tienen la capacidad de descargar rápidamente la energía eléctrica almacenada. Además, el tiempo de carga de este tipo de condensadores también es muy corto, sólo se tarda unos segundos o unos minutos en completar la carga, y el rendimiento no se reducirá después de múltiples cargas.
