Unterschied zwischen Bleibatterie, Lithiumbatterie, Natriumionenbatterie und Graphenbatterie
2021-12-07 15:55Dieser Artikel hilft Ihnen, den Unterschied zwischen Blei-Säure-Batterie, Lithium-Batterie, Natrium-Ionen-Batterie und Graphen-Batterie zu verstehen
Elektrofahrzeuge sind weit verbreitete Transportmittel, die man überall auf der Straße und in den Gassen sieht. Die Batterie ist die Kernkomponente eines Elektrofahrzeugs. Die Batteriequalität bestimmt direkt die Reichweite des Elektrofahrzeugs. Daher ist die Frage, wie man eine Batterie mit hohem Sicherheitsfaktor, Kosteneffizienz und langer Lebensdauer findet, ein Problem, mit dem die meisten Menschen bei der Auswahl eines Elektrofahrzeugs zu kämpfen haben. Auf dem Markt gibt es heute hauptsächlich Blei-Säure-Batterien, Lithium-Batterien, Natrium-Batterien und Graphen-Batterien, aber viele Menschen kennen den Unterschied nicht. Dieser Artikel wird Ihnen helfen, ihn zu verstehen.
1. Konzeptunterschied
Die Elektroden von Blei-Säure-Batterien bestehen hauptsächlich aus Blei und seinen Oxiden, und der Elektrolyt ist eine Batterie mit Schwefelsäurelösung. Im entladenen Zustand einer Blei-Säure-Batterie ist der Hauptbestandteil der positiven Elektrode Bleidioxid und der Hauptbestandteil der negativen Elektrode Blei. Im geladenen Zustand sind die Hauptbestandteile beider Elektroden Bleisulfat. Blei-Säure-Batterien werden durch eine chemische Reaktion zwischen den aktiven Materialien am Plus- und Minuspol und der Schwefelsäure im Elektrolyt geladen und entladen.
Lithiumbatterien sind Batterien, die Lithiummetall oder Lithiumlegierungen als positives/negatives Material und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung verwenden. Das Material der negativen Elektrode einer Lithiumbatterie besteht aus Metall oder einer Lithiumlegierung. Um den Lade- und Entladevorgang der Batterie abzuschließen, ist die Übertragung der positiven und negativen Elektrode zu Beginn erforderlich. Derzeit umfasst die Lithiumbatterie hauptsächlich Lithiumeisenphosphatbatterien, Lithiumeisenmanganatbatterien und ternäre Polymer-Lithiumbatterien.
1.3 Natrium-Ionen-Batterien
Natrium-Ionen-Batterien, eine Art wiederaufladbarer Batterie, basieren auf Natriumionen, die sich zwischen den positiven und negativen Elektroden bewegen, und funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen-Batterien. Das heißt, während des Lade- und Entladevorgangs wird Na+ zwischen den beiden Elektroden hin- und hergeschoben: Beim Laden wird Na+ von der positiven Elektrode entfernt und durch den Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet; beim Entladen ist es umgekehrt. Die neue Natrium-Ionen-Batterie 18650 verwendet Natriumionentransfer anstelle von Lithiumionen, um Elektrizität zu speichern und freizugeben.
1.4 Graphenbatterien
Die Graphentechnologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase und ist noch nicht für den Einsatz im großen Maßstab bereit. Derzeit sind die in China verwendeten Graphenbatterien im Wesentlichen Bleibatterien. Auf der Basis von Bleibatterien wird Graphitpulver hinzugefügt, wodurch die Batterien eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit aufweisen, sodass die Haltbarkeit der Batterien erheblich verbessert wurde. Graphenbatterien sind in gewissem Sinne eine verbesserte Version von Bleibatterien.
2. Preisunterschied
Die Herstellung von Blei-Säure-Batterien und Lithium-Batterien erfolgt in völlig unterschiedlichen Verfahren. Die Lithium-Batterietechnologie ist schwieriger zu handhaben und die Materialkosten sind höher als bei Blei-Säure-Batterien. Deshalb sind Lithium-Ionen-Batterien teurer als Blei-Säure-Batterien. Unabhängig von der Marke sind Lithium-Batterien etwa dreimal so teuer wie Blei-Säure-Batterien. Eine neue Blei-Säure-Batterie (48 V, 20 Ah) kostet beispielsweise 500 bis 700 Yuan, während eine Lithium-Batterie 1.200 bis 1.500 Yuan kostet. Blei-Säure-Batterien sind also kostengünstiger.
Und Natrium-Ionen-Batterien können aufgrund des reichlich vorhandenen und weit verbreiteten Natriums 20 bis 30 % günstiger sein als Lithium-Ionen-Batterien. Natrium-Ionen-Batterien haben daher einen enormen potenziellen Preisvorteil.
Graphenbatterien sind, wie bereits erwähnt, eine verbesserte Version von Bleibatterien. Im Vergleich zu Bleibatterien ist die Bleiplatte also etwas dicker. Die allgemeine Graphenbatterie ist etwa 5 kg schwerer als eine Bleibatterie. Gleichzeitig wird die Graphentechnologie hinzugefügt, sodass der Preis der Graphenbatterie etwas höher ist als der einer Bleibatterie, vielleicht 10 bis 20 %.
3. Unterschied des Sicherheitsfaktors
Das potenzielle Sicherheitsrisiko von Batterien ist die Selbstentzündung. Bleibatterien weisen jedoch keine Verpuffung auf, da der Elektrolyt Schwefelsäure ist. Lithiumbatterien enthalten kein Cadmium, Blei, Quecksilber und andere umweltschädliche Elemente. Das verwendete Lithiummetall ist ein sehr aktives Metall. Die Sicherheit hängt hauptsächlich von der thermischen Stabilität der Batteriematerialien ab und hängt auch eng mit Missbrauchsbedingungen der Batterie wie Überladung, Nadelung, Extrusion und hohen Temperaturen zusammen. Im Gegensatz dazu sind Bleibatterien in Bezug auf die Sicherheit sogar noch besser.
Natrium-Ionen-Akkus weisen außerdem eine relativ sichere Leistung auf. Sie können in einem Temperaturbereich von minus 40 °C bis 80 °C normal arbeiten, die Kapazitätserhaltungsrate liegt bei minus 20 °C bei nahezu 90 %, die Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen ist besser als bei anderen Sekundärbatterien und das thermische Durchgehen der Akkus tritt viel seltener auf als bei Lithium-Ionen-Akkus.
Was Graphenbatterien betrifft, sind die Herstellungsschwierigkeiten und die verwendeten Materialien im Grunde dieselben wie bei Bleibatterien, außer dass Graphenelemente hinzugefügt werden, die die Leitfähigkeit erhöhen können. Diese Vorgehensweise folgt der gleichen Logik wie bei den frühen Bleibatterien, bei denen das korrosionsbeständige „Cadmium“-Element hinzugefügt wurde. In Bezug auf die Sicherheit gibt es daher keinen offensichtlichen Unterschied zwischen Bleibatterien und Graphenbatterien, und beide sind nicht brennbare Batterietypen.
4. Unterschied in der Lebensdauer
Theoretisch gesehen sind die Hauptbestandteile von Bleibatterien Schwefelsäure und Bleiplatten, die während des Batteriegebrauchs leicht verbraucht und beschädigt werden können. In den Lade- und Entladezyklen von Bleibatterien beträgt die theoretische Lebensdauer im Allgemeinen nur 300 Mal, daher beträgt sie im Allgemeinen etwa drei Jahre.
Lithiumbatterien und Bleibatterien unterscheiden sich. Ihr Lithiummetall ist langlebiger und die Designtheorie der Umlaufzyklen beträgt normalerweise mehr als 1000, daher kann die Theorie der Lebensdauer im Allgemeinen etwa 5 Jahre betragen. Darüber hinaus ist die Haltbarkeit von Lithiumionen ein weiterer Durchbruch. Die derzeit bekannte Lithiumbatterie mit relativ langer Lebensdauer kann 25.000 Lade- und Entladezyklen erreichen und wird voraussichtlich etwa 70 Jahre verwendet, was für Bleibatterien unmöglich ist.
Da der Radius von Natriumionen größer ist als der von Lithiumionen, ist es schwierig, sie in den Reaktionsprozess einzubetten und zu entfernen, und es kommt leicht zu Strukturveränderungen, was zu einer kurzen Lebensdauer führt. Bei einer Lebensdauer von 80 % kann die Natriumionenbatterie 2.000 Mal wiederaufgeladen werden, was weit über den 300-500 Zyklen von Blei-Säure-Batterien liegt, aber deutlich unter den 4.000-6.000 Zyklen von Lithiumionenbatterien.
Graphenbatterien sind eine aktualisierte Version der Bleibatterien und verbessern natürlich die Schwächen der ursprünglichen Version. So sind die Lebensdauer und die Lade- und Entladezeiten der oben genannten Bleibatterien um das 300-fache und die Lade- und Entladezeiten der Graphenbatterien um das 500-fache, also um zwei Drittel verbessert. Natürlich hängt die spezifische Verwendung vom Wartungsbewusstsein des Besitzers ab, aber theoretisch handelt es sich um denselben Batterietyp wie Bleibatterien, die anfällig für"Verletzung"und haben im Allgemeinen eine Lebensdauer von drei Jahren, wenn sie während des Gebrauchs nicht gewartet werden.
Tatsächlich haben sich Lithiumbatterien, Natriumionenbatterien, Graphenbatterien und andere Batterieindustrien während der Entwicklung der globalen Batterieindustrie in den letzten Jahren trotz Änderungen der relevanten Richtlinien und Marktentwicklungsfaktoren rasant entwickelt. Im aktuellen globalen Maßstab ist die Bleibatterie jedoch immer noch die chemische Batterie mit dem größten Marktanteil und dem breitesten Anwendungsbereich, insbesondere in einigen anderen Entwicklungsländern. Aufgrund ihrer günstigeren, ausgereifteren und stabileren Recyclingtechnologie spielen Bleibatterien immer noch eine zentrale Rolle auf dem Markt.
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