BYD-ի սայրային մարտկոցից մինչև Honeycomb Energy-ի կոբալտ չպարունակող մարտկոցը և այնուհետև CATL-ի դարաշրջանի նատրիում-իոնային մարտկոցը, էներգիայի մարտկոցների արդյունաբերությունը շարունակական նորարարություն է ապրել: 2020 թվականի սեպտեմբերի 23 - Tesla Battery Day, Tesla-ի գործադիր տնօրեն Իլոն Մասկը աշխարհին ցույց տվեց նոր մարտկոց՝ 4680 մարտկոց:
Նախկինում գլանաձև լիթիումային մարտկոցների չափերը հիմնականում 18650 և 21700 էին, իսկ 21700-ն ուներ 50%-ով ավելի շատ էներգիա, քան 18650-ը։4680 մարտկոցը հինգ անգամ գերազանցում է 21700 մարտկոցի մարտկոցի հզորությունը, և նոր մարտկոցը կարող է նվազեցնել մեկ կիլովատ/ժամի արժեքը մոտ 14%-ով և մեծացնել նավարկության միջակայքը 16%-ով։
Մասկը կոպտորեն հայտարարել է, որ այս մարտկոցը հնարավոր կդարձնի 25000 դոլար արժողությամբ էլեկտրական մեքենան։
Այսպիսով, որտեղի՞ց է հայտնվել այս սպառնալից մարտկոցը:Հաջորդը, մենք դրանք մեկ առ մեկ վերլուծում ենք:
1. Ի՞նչ է 4680 մարտկոցը:
Էլեկտրաէներգիայի մարտկոցները անվանելու Tesla-ի ձևը շատ պարզ է և պարզ:4680 մարտկոցը, ինչպես անունն է հուշում, գլանաձև մարտկոց է՝ 46 մմ մեկ բջջի տրամագծով և 80 մմ բարձրությամբ:
Երեք տարբեր չափերի լիթիում-իոն գլանաձև մարտկոցներ
Ինչպես երևում է նկարից, Tesla-ի օրիգինալ 18650 մարտկոցի և 21700 մարտկոցի համեմատ, 4680 մարտկոցը կարծես բարձրահասակ և ուժեղ մարդ լինի։
Բայց 4680 մարտկոցը պարզապես չափի փոփոխություն չէ, Tesla-ն ներդրել է շատ նոր տեխնոլոգիաներ՝ արդյունավետությունը բարելավելու համար:
Երկրորդ՝ 4680 մարտկոցի նոր տեխնոլոգիան
1. Առանց էլեկտրոդների ականջի դիզայն
Ինտուիտիվորեն, 4680-ի ամենամեծ զգացումն այն է, որ այն ավելի մեծ է:Այսպիսով, ինչու նախկինում այլ արտադրողները մարտկոցն ավելի մեծ չէին դարձնում:Դա պայմանավորված է նրանով, որ որքան մեծ է ծավալը և որքան մեծ է էներգիան, այնքան ջերմությունն ավելի դժվար է վերահսկվում, և այնքան մեծ է այրման և պայթյունի անվտանգության սպառնալիքը:
Tesla-ն, ըստ երևույթին, դա նույնպես հաշվի է առել։
Համեմատած նախորդ գլանաձև մարտկոցի հետ՝ 4680 մարտկոցի ամենամեծ կառուցվածքային նորարարությունը առանց էլեկտրոդի խրոցն է, որը նաև հայտնի է որպես ամբողջական խրոցակ:Ավանդական գլանաձև մարտկոցում դրական և բացասական պղնձե փայլաթիթեղները և ալյումինե փայլաթիթեղի բաժանարարը հավաքվում են և փաթաթվում: Էլեկտրոդները դուրս հանելու համար պղնձե փայլաթիթեղի և ալյումինե փայլաթիթեղի երկու ծայրերին եռակցվում է կապարի մետաղալար, որը կոչվում է ներդիր:
Ավանդական 1860 մարտկոցի ոլորուն երկարությունը 800 մմ է: Որպես օրինակ վերցնելով ավելի լավ հաղորդունակությամբ պղնձե փայլաթիթեղը, պղնձե փայլաթիթեղից էլեկտրաէներգիան դուրս տանող ներդիրների երկարությունը 800 մմ է, ինչը համարժեք է 800 մմ երկարությամբ մետաղալարով անցնող հոսանքի:
Հաշվարկով դիմադրությունը կազմում է մոտ 20mΩ, 2170 մարտկոցի ոլորման երկարությունը մոտ 1000 մմ է, իսկ դիմադրությունը մոտ 23mΩ է:Հեշտությամբ կարելի է փոխակերպել, որ նույն հաստության ֆիլմը պետք է գլորել 4680 մարտկոցի մեջ, իսկ ոլորման երկարությունը մոտ 3800 մմ է:
Փաթաթման երկարությունը մեծացնելու բազմաթիվ թերություններ կան: Էլեկտրոնները պետք է ավելի երկար ճանապարհ անցնեն մարտկոցի երկու ծայրերում գտնվող ներդիրներին հասնելու համար, դիմադրությունը կաճի, և մարտկոցը ավելի հակված կլինի ջերմության:Մարտկոցի աշխատանքը կնվազի և նույնիսկ կստեղծի անվտանգության խնդիրներ:Էլեկտրոնների անցած տարածությունը կրճատելու համար 4680 մարտկոցն օգտագործում է առանց էլեկտրոդի ականջի տեխնոլոգիա:
Առանց էլեկտրոդի ներդիրը ներդիր չունի, բայց ամբողջ ընթացիկ կոլեկտորը վերածում է ներդիրի, հաղորդիչ ուղին այլևս կախված չէ ներդիրից, և հոսանքը փոխանցվում է ներդիրի երկայնքով կողային փոխանցումից դեպի կոլեկտորային ափսե դեպի երկայնական փոխանցում: ընթացիկ կոլեկցիոներ.
Ամբողջ հաղորդիչ երկարությունը փոխվել է 800-ից մինչև 1000 մմ 1860 կամ 2170 պղնձե փայլաթիթեղի երկարությամբ մինչև 80 մմ (մարտկոցի բարձրությունը):Դիմադրությունը կրճատվում է մինչև 2mΩ, իսկ ներքին դիմադրության սպառումը կրճատվում է 2W-ից մինչև 0.2W, որն ուղղակիորեն կրճատվում է մեծության կարգով:
Այս դիզայնը մեծապես նվազեցնում է մարտկոցի դիմադրությունը և լուծում գլանաձև մարտկոցի ջեռուցման խնդիրը:
Մի կողմից, առանց էլեկտրոդի ականջի տեխնոլոգիան մեծացնում է ընթացիկ հաղորդման տարածքը, կրճատում է ընթացիկ հաղորդման հեռավորությունը և մեծապես նվազեցնում է մարտկոցի ներքին դիմադրությունը. ներքին դիմադրության նվազումը կարող է նվազեցնել ընթացիկ փոխհատուցման երևույթը և երկարացնել մարտկոցի կյանքը. Դիմադրության նվազումը կարող է նաև նվազեցնել ջերմության առաջացումը, իսկ էլեկտրոդի հաղորդիչ ծածկույթը Շերտի և մարտկոցի ծայրի գլխարկի միջև արդյունավետ շփման տարածքը կարող է հասնել 100%, ինչը կարող է բարելավել ջերմության տարածման հզորությունը:
4680 մարտկոցը բջջային կառուցվածքի առումով ընդունում է առանց էլեկտրոդի ականջի նոր տեխնոլոգիա, որը կարող է նվազեցնել ծախսերը և բարձրացնել արդյունավետությունը:Մյուս կողմից, ներդիրների եռակցման գործընթացը բաց է թողնվում, արտադրության արդյունավետությունը բարելավվում է, և եռակցման հետևանքով առաջացած թերության մակարդակը կարող է միաժամանակ կրճատվել:
Մենաբևեռ և լրիվ բևեռ կառուցվածքի սխեմատիկ դիագրամ
2. Համակցված CTC տեխնոլոգիայի հետ
Ընդհանուր առմամբ, որքան մեծ է մարտկոցի չափը, այնքան ավելի քիչ մարտկոցներ պետք է տեղադրվեն նույն մեքենայի մեջ:18650 բջիջ ունեցող Tesla-ին անհրաժեշտ է 7100 բջիջ:Եթե դուք օգտագործում եք 4680 մարտկոց, ապա ձեզ անհրաժեշտ է ընդամենը 900 մարտկոց:
Որքան քիչ մարտկոցները, այնքան ավելի արագ կարող են հավաքվել դրանք, այնքան բարձր է արդյունավետությունը, այնքան քիչ հավանականությունը միջանկյալ օղակներում, և այնքան ավելի էժան է գինը:Ըստ Tesla-ի՝ մեծ 4680-ը կարող է նվազեցնել մարտկոցների արտադրության գինը 14%-ով։
Մարտկոցի էներգիայի խտությունը բարելավելու համար 4680 մարտկոցը կմիացվի CTC (Cell to Chassis) տեխնոլոգիայի հետ։Այն պետք է ինտեգրվի մարտկոցի բջիջները անմիջապես շասսիի մեջ:Ամբողջովին հեռացնելով մոդուլներն ու մարտկոցների փաթեթները՝ մարտկոցի բջիջները դառնում են ավելի կոմպակտ, մարտկոցի մասերի քանակը զգալիորեն կկրճատվի, ինչպես նաև մեծապես կբարելավվի շասսիի տարածքի օգտագործումը:
CTC-ն որոշակի պահանջներ ունի մարտկոցի կառուցվածքային ամրության վերաբերյալ: Մարտկոցն ինքնին պետք է կրի մեծ մեխանիկական ուժ: 18650 և 2170 մարտկոցների համեմատ, 4680 մեկ մարտկոցն ունի ավելի մեծ կառուցվածքային ուժ և ավելի բարձր կառուցվածքային ուժ, իսկ ընդհանուր քառակուսի կեղևի մարտկոցը ալյումինե պատյան է: 4680 կեղևը պատրաստված է չժանգոտվող պողպատից, և ներհատուկ կառուցվածքային ամրությունը երաշխավորված է:
Քառակուսի կեղևի մարտկոցի համեմատ, գլանաձև մարտկոցի դասավորությունը կլինի ավելի ճկուն, կարող է հարմարվել տարբեր շասսիների և կարող է ավելի լավ համակցվել կայքի հետ:
«EMF»-ի հետազոտության և դատողության համաձայն՝ CTC տեխնոլոգիան 2022 թվականին նոր էներգիայի մեքենաների արդյունահանումն է, և այն նաև ճանապարհի պատառաքաղ է:
Մարտկոցի ինտեգրումը մարմնին կարող է չափազանց բարդացնել մեքենայի սպասարկումը, և մարտկոցը դժվար է ինքնուրույն փոխարինել:Վաճառքից հետո ծառայությունների գները կբարձրանան, և այդ ծախսերն ուղղակիորեն կփոխանցվեն սպառողներին, օրինակ՝ ապահովագրական ծախսերը:Չնայած Մասկը պնդում է, որ իրենք նախագծել են վերանորոգման ռելսեր, որոնք կարող են կտրվել և փոխարինվել, սակայն ժամանակ կպահանջվի՝ տեսնելու համար, թե որքանով այն կաշխատի:
Ավտոմեքենաների շատ ընկերություններ առաջարկել են իրենց սեփական CTC տեխնիկական լուծումները, քանի որ այն ոչ միայն վերադասավորում է մարտկոցը, այլև անհրաժեշտ է փոխել թափքի կառուցվածքը։Սա կապված է հարակից ճյուղերի մատակարարման շղթայում աշխատանքի վերաբաժանման հետ:
CTC-ն ընդամենը տեխնիկական երթուղի է։Այն իրենից ներկայացնում է ինտեգրված մարտկոցի մարմին, անփոփոխ ապամոնտաժվող:Դրա դիմաց կա ևս մեկ տեխնոլոգիա՝ մարտկոցի փոխանակում:Մարտկոցի փոխանակման տեխնոլոգիան հեշտ է ապամոնտաժվել, բայց մարտկոցը մեծ ներդրում ունի մարտկոցի հզորության մեջ:Ինչպես ընտրել այս երկու երթուղիները, խաղ է մարտկոցների մատակարարների և OEM-ների միջև:
CTC տեխնոլոգիա՝ համակցված 4680 մարտկոցի հետ
3. Նորարարություն մարտկոցների արտադրության գործընթացում, կաթոդային և անոդային նյութերում
Tesla-ն կօգտագործի չոր մարտկոցի էլեկտրոդի պրոցեսը, լուծիչ օգտագործելու փոխարեն, մի փոքր քանակություն (մոտ 5-8%) նուրբ փոշիացված PTFE կապող նյութը խառնվում է դրական/բացասական էլեկտրոդի փոշու հետ և անցնում էքստրուդերի միջով՝ ձևավորելով բարակ շերտ: էլեկտրոդի նյութը, այնուհետև էլեկտրոդի նյութի մի շերտ շերտավորվեց մետաղական փայլաթիթեղի հոսանքի կոլեկցիոների մեջ՝ պատրաստի էլեկտրոդը ձևավորելու համար:
Այս եղանակով արտադրված մարտկոցն ավելի էկոլոգիապես մաքուր է։Եվ այս գործընթացը կբարձրացնի մարտկոցի էներգիայի խտությունը և 10 անգամ կնվազեցնի արտադրության էներգիայի սպառումը։Չոր էլեկտրոդների տեխնոլոգիան, ամենայն հավանականությամբ, կդառնա տեխնոլոգիական հենանիշ հաջորդ սերնդի համար:
Tesla 4680 մարտկոցի չոր էլեկտրոդի տեխնոլոգիա
Ինչ վերաբերում է կաթոդային նյութերին, Tesla-ն ասաց, որ կհեռացնի նաև կաթոդի կոբալտային տարրը։Կոբալտը թանկ է և սակավ։Այն կարող է արդյունահանվել միայն աշխարհի շատ քիչ երկրներում կամ Կոնգոյի նման անկայուն աֆրիկյան երկրներում:Եթե մարտկոցը իսկապես կարող է հեռացնել կոբալտային տարրը, կարելի է ասել, որ դա խոշոր տեխնոլոգիական նորարարություն է:
Կոբալտ
Անոդային նյութերի առումով Tesla-ն կսկսի սիլիկոնային նյութերից և ավելի շատ սիլիցիում կօգտագործի ներկայումս օգտագործվող գրաֆիտին փոխարինելու համար:Սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդի տեսական հատուկ հզորությունը հասնում է 4200 մԱժ/գ-ի, ինչը տասն անգամ գերազանցում է գրաֆիտային բացասական էլեկտրոդին:Այնուամենայնիվ, սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդները նույնպես ունեն խնդիրներ, ինչպիսիք են սիլիցիումի ծավալի հեշտ ընդլայնումը, վատ էլեկտրական հաղորդունակությունը և սկզբնական լիցքաթափման մեծ կորուստը:
Հետևաբար, նյութերի կատարողականի բարելավումը իրականում էներգիայի խտության և կայունության միջև հավասարակշռություն գտնելն է, և ներկայիս սիլիցիումի վրա հիմնված անոդային արտադրանքները համակցված են սիլիցիումով և գրաֆիտով կոմպոզիտային օգտագործման համար:
Tesla-ն նախատեսում է հիմնովին փոխել սիլիցիումի մակերեսի ճկունությունը, որպեսզի այն ավելի քիչ հակված լինի կոտրվելուն, տեխնոլոգիա, որը ոչ միայն թույլ է տալիս մարտկոցներին ավելի արագ լիցքավորել, այլև 20 տոկոսով ավելացնում է մարտկոցի կյանքը:Tesla-ն նոր նյութն անվանել է «Tesla Silicon», և արժեքը կազմում է $1,2/ԿՎտժ, ինչը կազմում է գոյություն ունեցող կառուցվածքային սիլիցիումի գործընթացի միայն մեկ տասներորդը:
Սիլիցիումի վրա հիմնված անոդները համարվում են հաջորդ սերնդի լիթիումային մարտկոցների անոդային նյութեր:
Շուկայում մի քանի մոդելներ սկսել են օգտագործել սիլիցիումի վրա հիմնված անոդ նյութեր:Այնպիսի մոդելները, ինչպիսին Tesla Model 3-ն է, արդեն իսկ պարունակում են փոքր քանակությամբ սիլիցիում բացասական էլեկտրոդում:Վերջերս թողարկվեց GAC AION LX Plus մոդելը։ Qianli տարբերակը հագեցած է սպունգ սիլիկոնային անոդ չիպային մարտկոցի տեխնոլոգիայով, որը կարող է հասնել 1000 կիլոմետր մարտկոցի աշխատանքի։
4680 մարտկոց սիլիկոնային անոդ
Ամփոփելով 4680 մարտկոցի տեխնոլոգիայի առավելություններն այն է, որ այն կարող է բարելավել աշխատանքը՝ միաժամանակ նվազեցնելով ծախսերը:
3. 4680 մարտկոցների հեռահար ազդեցությունը
4680 մարտկոցը դիվերսիոն տեխնոլոգիական հեղափոխություն չէ, էներգիայի խտության բեկում չէ, այլ ավելի շատ գործընթացի տեխնոլոգիայի նորարարություն:
Այնուամենայնիվ, Tesla-ի կողմից առաջնորդվելով, նոր էներգետիկ շուկայի ներկայիս օրինաչափության համար 4680 մարտկոցների արտադրությունը կփոխի մարտկոցների գոյություն ունեցող մոդելը:Արդյունաբերությունն անխուսափելիորեն կառաջացնի մեծ ծավալի գլանաձև մարտկոցների ալիք:
Ըստ տեղեկությունների՝ Panasonic-ը նախատեսում է Tesla-ի համար 4680 մեծ հզորությամբ մարտկոցների զանգվածային արտադրություն սկսել 2023 թվականի սկզբին։Նոր ներդրումը կկազմի 80 միլիարդ իեն (մոտ 704 միլիոն ԱՄՆ դոլար):Samsung SDI-ն և LG Energy-ն նույնպես միացել են 4680 մարտկոցի մշակմանը։
Ներքին մասում, Yiwei Lithium Energy-ն հայտարարեց, որ իր դուստր ձեռնարկությունը՝ Yiwei Power-ը նախատեսում է կառուցել 20 ԳՎտժ հզորությամբ մեծ գլանաձև մարտկոցների արտադրության գիծ մարդատար մեքենաների համար Jingmen բարձր տեխնոլոգիական գոտում: BAK Battery-ը և Honeycomb Energy-ը նույնպես կմտնեն մեծ գլանաձև մարտկոցների ոլորտ: BMW-ն և CATL-ը նույնպես ակտիվորեն տեղակայում են մեծ գլանաձև մարտկոցներ, և որոշվել է հիմնական օրինաչափությունը:
Մարտկոցների արտադրողների գլանաձեւ մարտկոցի դասավորությունը
Չորրորդ՝ էլեկտրաշարժիչ ուժն ասելիք ունի
Մեծ գլանաձև մարտկոցի կառուցվածքային նորարարությունը, անկասկած, կնպաստի էլեկտրաէներգիայի մարտկոցների արդյունաբերության զարգացմանը: Դա այնքան էլ պարզ չէ, որքան պարզապես թարմացնելը 5-րդ մարտկոցից 1-ին մարտկոցի: Նրա ճարպային մարմինը մեծ հարցեր ունի.
Մարտկոցի արժեքը մոտ է ամբողջ մեքենայի արժեքի 40%-ին։ Մարտկոցի կարևորությունը որպես «սիրտ» ինքնին ակնհայտ է:Սակայն նոր էներգետիկ մեքենաների ժողովրդականության հետ մեկտեղ մարտկոցների պահանջարկն օրեցօր ավելանում է, իսկ նյութերի գինը՝ բարձրանում։ Մարտկոցների նորարարությունը դարձել է ավտոմոբիլային ընկերությունների զարգացման կարևոր միջոց։
Մարտկոցների հետ կապված տեխնոլոգիաների զարգացմամբ՝ մատչելի էլեկտրական մեքենաները մոտ են:
Հրապարակման ժամանակը՝ հունիս-13-2022