NMC-аккумуляторы
NMC-аккумуляторы
Особенности нового поколения АКБ
Никель-марганцево-кобальтовый (NMC, NCM) аккумулятор с улучшенным катодным материалом снова расширяет свои границы. Это ожидалось с тех пор, как такие производители как SK Innovation и LG Chem заявили о его создании.
NMC 811 должен стать «лучше и дешевле», должен вывести электромобили за пределы пробега 500 км (~ 300 миль) и вскоре достигнет ценового паритета с двигателем внутреннего сгорания.
Об этой хорошей новости прогнозисты говорят уже давно, но отрасль очень мало знает о самой технологии. В общем технология NMC 811 известна достаточно давно, и уже некоторое время она находится в центре внимания исследовательских, государственных или промышленных лабораторий.
Вот ответы на некоторые вопросы, которые могут быть интересны — все на основе опубликованных данных и рецензируемых научных исследований.
NMC 811 должен стать «лучше и дешевле», должен вывести электромобили за пределы пробега 500 км (~ 300 миль) и вскоре достигнет ценового паритета с двигателем внутреннего сгорания.
Об этой хорошей новости прогнозисты говорят уже давно, но отрасль очень мало знает о самой технологии. В общем технология NMC 811 известна достаточно давно, и уже некоторое время она находится в центре внимания исследовательских, государственных или промышленных лабораторий.
Вот ответы на некоторые вопросы, которые могут быть интересны — все на основе опубликованных данных и рецензируемых научных исследований.
Что такое аккумулятор
с технологией NMC 811
с технологией NMC 811
NMC 811 представляет собой катодную композицию, содержащую 80% никеля, 10% марганца и 10% кобальта. По сути, это усовершенствование того, что уже есть на рынке, а не особый, новый химический состав.
Катоды NMC (Ni-Mn-Co) с различными составами Ni-Mn-Co существуют уже почти 20 лет, а многие ключевые публикации и патенты появились уже в середине 2000-х годов (1). После первоначального коммерческого успеха производства аккумуляторов NMC 111 (⅓ Ni, ⅓ Mn, ⅓ Co — также сокращенно NMC 333). Такие аккумуляторы для электромобилей стали широко распространены и используются в BMW i3, Chevy Bolt или новом Nissan Leaf (со стороны Tesla — это Tesla Powerwall)
Мировая промышленность постоянно совершенствует производство АКБ, в частности совершенствуя технологию NMC — постоянно увеличивая содержание никеля в каждом поколении катодов — NMC433, NMC532 и самый последний — NMC622. Основная характеристика таких аккумуляторных батареек — это уменьшение веса и увеличение емкости, что в случае с электротранспортом ведет к большему запасу хода.
Для сравнения технологии NMC, наиболее близким АКБ-элементом (по химическому составу) является аккумуляторная батарея, изготовленная по технологии NCA (производитель Panasonic и Tesla). В этом случае катоды NCA содержат 80% никеля (Ni) и 15% кобальта (Co), при этом «легированы» алюминием, а не марганцем. (см. Табл.1)
Катоды NMC (Ni-Mn-Co) с различными составами Ni-Mn-Co существуют уже почти 20 лет, а многие ключевые публикации и патенты появились уже в середине 2000-х годов (1). После первоначального коммерческого успеха производства аккумуляторов NMC 111 (⅓ Ni, ⅓ Mn, ⅓ Co — также сокращенно NMC 333). Такие аккумуляторы для электромобилей стали широко распространены и используются в BMW i3, Chevy Bolt или новом Nissan Leaf (со стороны Tesla — это Tesla Powerwall)
Мировая промышленность постоянно совершенствует производство АКБ, в частности совершенствуя технологию NMC — постоянно увеличивая содержание никеля в каждом поколении катодов — NMC433, NMC532 и самый последний — NMC622. Основная характеристика таких аккумуляторных батареек — это уменьшение веса и увеличение емкости, что в случае с электротранспортом ведет к большему запасу хода.
Для сравнения технологии NMC, наиболее близким АКБ-элементом (по химическому составу) является аккумуляторная батарея, изготовленная по технологии NCA (производитель Panasonic и Tesla). В этом случае катоды NCA содержат 80% никеля (Ni) и 15% кобальта (Co), при этом «легированы» алюминием, а не марганцем. (см. Табл.1)
Табл. 1 Сравнение различных химических элементов батареи — LCO, NCA и NMC — и их элементного состава (данные, полученные из Fu et al.(2)).
Никель в АКБ-батареях – оправдано ли это
Как показывает практика производства аккумуляторов высокое содержание Ni важно для повышения емкости, поэтому увеличение на 20% по сравнению с NMC622 (или почти на 50% по сравнению с NMC111) увеличивает емкость NMC 811 примерно до 200 мА * ч / г (при среднем потенциале разряда ≈ 3,8 В) (3). Не гигантский скачок, но намного лучше, чем катоды NMC текущего поколения, и тенденции производства показывают, что данная технология в ближайшем будущем будет доминировать в аккумуляторной промышленности. (см. Табл.2)
Табл.2 Сравнение состава катодов NMC и их емкости
(Примечание — сравнение условное, т.к. каждое значение представляет собой среднюю емкость по нескольким исследованиям, однако, с одинаковыми напряжениям отключения и скоростями разряда (4); точные значения могут отличаться от промышленных и коммерческих исследований).
Экономическая составляющая технологии NMC811
Основной аргумент в пользу NMC 811 заключается в том, что ему требуется меньше кобальта — всего 10%, по сравнению с 20% в NMC 622 (или ~ 33% в NMC 111). А это означает значительную экономию, потому что кобальт очень дорогой компонент со сложной цепочкой поставок, на которую приходится около ¼ стоимости элемента (5).
В то время как цены на никель и марганец относительно низкие и стабильные, стоимость кобальта взлетела более чем на 200%, поднявшись с ~ 35 000 долларов за тонну до> 75 000 долларов только за 2017 год.
Производство, хранение и интеграция NMC 811 будет сложнее, чем у его предшественников. Тем не менее, производители будут учиться, настраивать, масштабировать процессы, и это начнет приносить свои плоды. И не только из-за более низкого содержания кобальта в NMC 811, но и благодаря более высокой производительности и плотности энергии, конечная цена будет еще более привлекательной.
Производство, хранение и интеграция NMC 811 будет сложнее, чем у его предшественников. Тем не менее, производители будут учиться, настраивать, масштабировать процессы, и это начнет приносить свои плоды. И не только из-за более низкого содержания кобальта в NMC 811, но и благодаря более высокой производительности и плотности энергии, конечная цена будет еще более привлекательной.
