ما هي كثافة الطاقة؟
كثافة الطاقة تشير إلى كمية الطاقة المخزنة في وحدة معينة من الفضاء أو كتلة المادة.كثافة الطاقة للبطارية هي كمية الكهرباء المنبعثة من متوسط حجم الوحدة أو كتلة البطاريةيتم تقسيم كثافة الطاقة للبطارية عموماً إلى بعدين: كثافة الطاقة من الوزن وكثافة الطاقة من الحجم.
وزن البطارية كثافة الطاقة = سعة البطارية × منصة التفريغ / الوزن ، وحدة الأساس هي Wh / kg (watt-hours / kg)
حجم البطارية كثافة الطاقة = سعة البطارية × منصة التفريغ / الحجم، و الوحدة الأساسية هي Wh / L (وات ساعة / لتر)
كلما زادت كثافة الطاقة في البطارية، زادت الطاقة التي يمكن تخزينها لكل وحدة من الحجم أو الوزن.
ما هي كثافة طاقة المونومير؟

كثافة الطاقة للبطارية غالبا ما تشير إلى مفهومين مختلفين، أحدهما كثافة الطاقة للخلية الواحدة، والآخر هو كثافة الطاقة لنظام البطارية.
خلية البطارية هي أصغر وحدة في نظام البطارية. وتشكل الخلايا M وحدة ، وتشكل وحدات N حزمة بطارية ، وهي الهيكل الأساسي لبطاريات الطاقة للسيارات.
كثافة الطاقة للخلية الواحدة، كما يوحي الاسم، هي كثافة الطاقة على مستوى الخلية الواحدة.
ووفقًا لـ "صنع في الصين 2025" ، تم توضيح خطة تطوير بطاريات الطاقة: في عام 2020 ، ستصل كثافة طاقة البطاريات إلى 300Wh / kg ؛ في عام 2025 ،سوف يصل كثافة الطاقة للبطارية إلى 400Wh / kgفي عام 2030، سوف تصل كثافة الطاقة من البطاريات إلى 500Wh/kg. وهذا يشير إلى كثافة الطاقة على مستوى خلية واحدة.

ما هي كثافة طاقة النظام؟

كثافة الطاقة في النظام تشير إلى وزن أو حجم نظام البطارية بأكمله بعد الجمع بين المونومرات ووزن أو حجم نظام البطارية بأكمله.لأن نظام البطارية يحتوي على نظام إدارة البطارية، نظام إدارة الحرارة ، دوائر الجهد العالي والمنخفض ، الخ ، والتي تحتل جزءًا من وزن و مساحة داخلية نظام البطارية ،كثافة الطاقة في نظام البطارية أقل من كثافة الطاقة في الجسم الواحد.
كثافة طاقة النظام = طاقة نظام البطارية / وزن نظام البطارية أو حجم نظام البطارية
ما الذي يحد بالضبط من كثافة طاقة بطاريات الليثيوم؟
الكيمياء وراء البطارية هي السبب الرئيسي
بشكل عام، الأجزاء الأربعة من بطارية الليثيوم مهمة جداً: الكهرباء الإيجابية، الكهرباء السلبية، الكهربائي، والحجاب.الأقطاب الإيجابية والسلبية هي الأماكن التي يحدث فيها التفاعل الكيميائي، والذي يعادل النبض الثاني من رين دو، ويمكن أن نرى موقعه المهم.نحن جميعا نعرف أن كثافة الطاقة من نظام بطارية مع الليثيوم الثلاثي كالكاثود أعلى من أن نظام بطارية مع الليثيوم الفوسفات الحديدي كالكاثودلماذا هذا؟
المواد الموجودة في بطاريات ليثيوم أيون هي في الغالب الجرافيت، والقدرة النظرية للجرام من الجرافيت هي 372mAh / g.مادة الكاثود، هو فقط 160mAh / g ، في حين أن المواد الثلاثية النيكل الكوبالت-المانغنيز (NCM) حوالي 200mAh / g.
وفقًا لنظرية البرميل ، يتم تحديد مستوى المياه من خلال أقصر نقطة في البرميل ، والحد الأدنى لكثافة الطاقة للبطاريات الليثيوم أيون يعتمد على مادة الكاثود.
منصة الجهد من فوسفات الحديد الليثيوم هو 3.2 فولت، والمؤشر الثلاثي هو 3.7 فولت، مقارنة مع المراحل اثنين، كثافة الطاقة مرتفعة: فرق 16٪.
بالطبع ، بالإضافة إلى النظام الكيميائي ، فإن مستوى عملية الإنتاج مثل كثافة الضغط ، سمك الألواح ، إلخ ، سيؤثر أيضًا على كثافة الطاقة.كلما زادت كثافة الضغط، كلما زادت سعة البطارية في مساحة محدودة ، لذلك يعتبر كثافة الضغط للمادة الرئيسية أيضًا أحد المؤشرات المرجعية لكثافة طاقة البطارية.
في الحلقة الرابعة من "Great Power Heavy Equipment II" ، تستخدم CATL ورق النحاس 6 ميكرون لتحسين كثافة الطاقة باستخدام التكنولوجيا المتقدمة.
إذا تمكنت من الالتزام بكل سطر، اقرأه حتى هذه النقطة تهانينا، فهمك للبطاريات صعد إلى المستوى التالي.

كيف يمكننا زيادة كثافة الطاقة؟
اعتماد نظام مادة جديد، تعديل دقيق لهيكل بطارية الليثيوم،وتحسين قدرة التصنيع هي المراحل الثلاثة لمهندسي البحث والتطوير "الرقص مع الأكمام الطويلة". أدناه، سنشرح من الأبعاد الثنائية من المونومر والنظام.
تعتمد كثافة الطاقة للمونومرات بشكل رئيسي على اختراق النظام الكيميائي
1زيادة حجم البطارية
يمكن لمصنعي البطاريات تحقيق تأثير توسيع الطاقة عن طريق زيادة حجم البطارية الأصليةشركة السيارات الكهربائية المعروفة التي كانت رائدة في استخدام بطاريات باناسونيك 18650، ستستبدله ببطارية جديدة 21700.
ومع ذلك، فإن "التضخم" أو "النمو" لخلية البطارية هو مجرد عرض، وليس علاج. 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.
2إصلاح النظام الكيميائي
كما ذكر سابقا، فإن كثافة الطاقة للبطارية محدودة بواسطة الأقطاب الإيجابية والسلبية للبطارية.وبما أن كثافة الطاقة من المواد الأنودية الحالية أكبر بكثير من الكاثود، من الضروري تحديث مواد الكاثود بشكل مستمر لتحسين كثافة الطاقة.

الكاثود عالي النيكل
المواد الثلاثية عادة ما تشير إلى العائلة الكبيرة من أكسيدات النيكل والكوبالت والمنجانيز، ويمكننا تغيير أداء البطاريات عن طريق تغيير نسبة النيكل والكوبالت والمنجانيز.
في الشكل سيلكون كربون الأندود
يمكن أن تصل السعة النوعية لمواد الأنود القائمة على السيليكون إلى 4200mAh / g ، وهو أعلى بكثير من السعة النوعية النظرية لأنود الجرافيت البالغة 372mAh / g ،لذا أصبح بديلاً قوياً لـ (غرافيت آنود).
في الوقت الحاضرتم الاعتراف باستخدام مواد مركبة من السيليكون والكربون لتحسين كثافة الطاقة في البطاريات باعتبارها أحد اتجاهات تطوير مواد أنود بطاريات ليثيوم أيون في الصناعةسيارة تيسلا موديل 3 تستخدم أنود كربوني من السيليكون
في المستقبل، إذا كنت تريد أن تذهب خطوة أخرى - كسر عتبة 350Wh / kg من الخلايا الفردية،ولكن هذا يعني أيضا تغيير وتحسين عملية تصنيع البطارية بأكملهاويمكن أن نرى أن نسبة النيكل تزداد مرتفعة، ونسبة الكوبالت تنخفض.كلما زادت السعة النوعية للخليةوبالإضافة إلى ذلك، بسبب ندرة موارد الكوبالت، فإن زيادة نسبة النيكل ستقلل من كمية الكوبالت المستخدمة.
3كثافة الطاقة في النظام: تحسين كفاءة تجميع بطارية
مجموعة البطاريات تختبر قدرة البطاريات "أسود الحصار" على ترتيب الخلايا الوحيدة والوحدات،ومن الضروري لتحقيق أقصى استغلال لكل بوصة من المساحة على أساس السلامة.