Johnson Matthey is taking charge of the electric vehicle revolution — ABC Chemicals

Спрос на новые технологии для борьбы с загрязнением воздуха растет. Органы управления во всем мире все чаще ищут технологии, которые могут снизить общие выбросы парниковых газов и обеспечить более чистый воздух. Технология аккумуляторных электромобилей (BEV) является одним из многих методов, которые исследуются для достижения этих целей и обеспечения менее загрязненного будущего. И Джонсон Матти (JM), мировой лидер в применении науки, чтобы сделать мир чище и здоровее, создает инновационные решения для удовлетворения этого растущего спроса.

Привод для чистого воздуха

Четкая связь между качеством воздуха и здоровьем человека создала спрос на инновационные решения для ограничения загрязнения атмосферы. Воздух в городских районах подвергается значительно большему воздействию, поскольку загрязняющие вещества, включая диоксид серы, оксид углерода, несгоревшие углеводороды и оксиды азота, могут накапливаться до токсичных уровней и вызывать серьезные проблемы со здоровьем.

Длительное воздействие загрязнения воздуха в настоящее время является самой большой угрозой для здоровья человека. По оценкам, в Великобритании ежегодно умирает около 40 000 человек. Транспортный сектор является основным источником парниковых газов и загрязнения воздуха. По оценкам, в целом по ЕС он составляет около 25% от общего объема выбросов парниковых газов. Эта высокая пропорция означает, что большое внимание уделяется борьбе с выбросами в этом секторе, и основное внимание уделяется разработке новых технологий для транспортных средств.

Многие правительства рассматривают электромобили (электромобили) в качестве ключевой новой технологии в борьбе с выбросами парниковых газов. Все большее число стран вводит политику в поддержку принятия электромобилей, включая субсидии со стороны спроса и обязательства со стороны предложения.

Приблизительно одна треть дорожных транспортных средств использует свои каталитические нейтрализаторы, JM создан для того, чтобы донести технологии чистого воздуха до общественности

Кроме того, во многих странах имеются зоны с низким уровнем выбросов (известные как зоны чистого воздуха в Великобритании), и некоторые из них постепенно отказываются от продажи транспортных средств, работающих только на двигателях внутреннего сгорания. Продвигая низкоэмиссионные транспортные средства и технологии, мы можем создавать крупномасштабные преимущества в отношении выбросов и качества воздуха. JM обладает более чем 200-летним опытом научно-технических инноваций. Приблизительно одна треть дорожных транспортных средств, использующих каталитические нейтрализаторы JM, JM основана в предоставлении технологий чистого воздуха для общественности. Сегодня JM концентрирует свои научно-исследовательские усилия на создании более чистого будущего и решении задач, стоящих перед автомобильной промышленностью, с общей целью увеличения использования электромобилей.

Новая передача: альтернативные трансмиссии

В условиях изменения государственного регулирования и новых технологий потребители и операторы коммерческого парка начинают рассматривать вопрос о замене традиционных транспортных средств электромобилями. В отрасли существует много перспективных технологий, основанных на различных источниках. К ним относятся; подключаемые гибридные электромобили (PHEV), электромобили с полным питанием от батарей (BEV) и электромобили с топливными элементами (FCEV), работающие на водороде. (см. Альтернативные трансмиссии: Что находится под капотом? коробка ниже)

Вместо того, чтобы подход «один размер подходит всем», разные типы лучше всего подходят для разных приложений. Для дальних перевозок или дальних поездок транспортные средства с батарейным питанием ограничены плотностью энергии, размерами, весом и стоимостью батарейного блока. В этих ситуациях водородные FCEV предлагают жизнеспособную альтернативу из-за высокого накопления энергии и мощности. Топливные элементы также заправляются быстрее, чем их аккумуляторные батареи. По сравнению с автомобилями с батарейным питанием, для зарядки которых требуется час, современные топливные элементы можно заправить за считанные минуты.

Где автомобили с батарейным питанием являются преимуществом в повседневных поездках, таких как поездки на работу и другие короткие и средние расстояния. Автомобили с батарейным питанием предлагают много преимуществ, включая более низкие эксплуатационные расходы и меньшие выбросы. Благодаря этим преимуществам они являются многообещающей технологией для снижения воздействия транспортного сектора на окружающую среду и с готовностью принимаются правительствами для улучшения местных транспортных возможностей.

Понимая важность аккумуляторных электромобилей для будущего, JM видела необходимость разработки новых материалов

Тем не менее, все еще существует множество препятствий для широкого распространения электромобилей. Инфраструктура является ключевым вопросом, поскольку в городских районах требуется больше общественных станций подзарядки, чтобы обеспечить их использование для поездок на работу. Это ключ к тем, кто не может заряжать свои автомобили дома, например, из-за отсутствия доступа к парковке вне улицы. Кроме того, современные материалы не могут удовлетворить потребительский спрос с точки зрения свойств, таких как ассортимент автомобилей, уровень перезарядки и первоначальная стоимость инвестиций. Понимая важность батарей для будущего путешествий потребителей и чистого воздуха, JM увидела необходимость разработки новых материалов, способных преодолеть недостатки существующих материалов.

Объединяя десятилетия опыта в решениях по чистому воздуху, JM разработала eLNO Материал катодной батареи. Эта технология обеспечивает поэтапное изменение высоких энергетических характеристик по сравнению с современными материалами для батарей, а также предлагает улучшения с точки зрения как производительности, так и стоимости.

Johnson Matthey is taking charge of the electric vehicle revolution - ABC Chemicals

Альтернативные трансмиссии: что под капотом?

Транспортные средства, работающие на более чистых, экологически чистых средствах, становятся все более популярными благодаря снижению выбросов выхлопных труб, что может значительно улучшить качество местного воздуха. Кроме того, в сочетании со снижением интенсивности углерода в энергосистеме генерации и технологиях улавливания, использования и хранения углерода их можно сделать близкими к СО2со временем.

Гибридный электромобиль (HEV) — Приведено в действие традиционным двигателем внутреннего сгорания, поддерживаемым электродвигателем. Эти транспортные средства оснащены небольшими батареями, которые заряжаются посредством рекуперативного торможения — техника, которая берет потерянную кинетическую энергию во время торможения и преобразует ее в электрическую энергию. HEVs балансируют, когда двигатель внутреннего сгорания и электродвигатели используются в зависимости от эффективности. В периоды низкой скорости — как в условиях интенсивного движения — автомобиль получает энергию от электродвигателей. Однако при движении на высоких скоростях — например, по автомагистрали — двигатель внутреннего сгорания более эффективен, поэтому он питает автомобиль. И двигатель, и ДВС могут совмещаться, например, при сильном ускорении, когда они работают в тандеме, для увеличения подачи энергии на колеса.

Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV) — Аналогичен HEV, но аккумуляторы заряжаются при внешнем подключении аккумулятора автомобиля к электросети. Как правило, эти транспортные средства имеют большие батареи и увеличенную емкость накопления энергии. Поэтому они имеют большую дальность движения с нулевым уровнем выбросов.

Аккумуляторный электромобиль (БЭВ) — Эти транспортные средства питаются исключительно от аккумуляторных электродвигателей. Батареи заряжаются путем подключения к сети и регенерации тормозов.

Электромобиль на топливных элементах (FCEV) — Приведено в действие эффективными катализаторами топливных элементов, хранящимися в транспортном средстве, которые создают электрическую энергию посредством реакции водородного топлива и кислорода из воздуха. Транспортные средства на топливных элементах также оснащены батареями (или другими устройствами накопления энергии) как для рекуперативного торможения, так и для обеспечения некоторой переходной мощности, необходимой для быстрого ускорения.

Эволюция электрических батарей

На протяжении десятилетий литий-ионные аккумуляторы составляли основу современной электроники. Они снабжены бытовой и портативной продукцией, включая мобильные телефоны и кардиостимуляторы. Для каждого применения состав материала батареи должен быть оптимизирован для обеспечения максимальной производительности. Все литий-ионные аккумуляторы можно разделить на два компонента. Первый — известный как анод — это отрицательный электрод, обычно изготовленный из графита. Второй — известный как катод — это положительный электрод, который может быть изготовлен из различных материалов.

Johnson Matthey is taking charge of the electric vehicle revolution - ABC Chemicals

Источник: © 2019 Энди Брунинг / Королевское химическое общество

Многие исследования были сосредоточены на оптимизации материала катода, и в настоящее время доступно много различных композиций. Катодные материалы на основе оксида лития-кобальта (LCO) широко распространены в бытовых приборах и бытовых приборах благодаря их более высоким энергетическим и долговечным характеристикам по сравнению с предшествующими технологиями никель-металлгидридных. Однако LCO не в состоянии удовлетворить требования к рабочим характеристикам, необходимые для использования в электромобилях — эти приложения требуют еще больше энергии и могут использоваться в течение минимального срока службы транспортного средства 10 лет. Кроме того, ограниченная доступность кобальта делает эту технологию аккумуляторов более дорогой и менее приемлемой для электромобилей.

Наиболее распространенными типами батарей в транспортных приложениях являются литий-марганцево-шпинель, литий-железо-фосфат, литий-никель-кобальт-алюминий и литий-никель-марганец-кобальт (NMC) — перечислены в хронологическом порядке с даты, впервые увиденной в опубликованном литература.

Исторически эти составы материалов разрабатывались с учетом таких факторов, как плотность энергии, мощность, безопасность, температурная стойкость, срок службы цикла и стоимость для конкретных применений. Например, электромоторы с батарейным питанием, встречающиеся в гибридных транспортных средствах, постоянно перезаряжаются посредством рекуперативного торможения — техника, которая берет потерянную кинетическую энергию во время торможения и преобразует ее в электрическую энергию. Поэтому высокая плотность мощности, короткое время зарядки и длительный срок службы являются ключевыми требованиями для аккумуляторов в этих транспортных средствах, поскольку постоянная зарядка делает плотность энергии менее важной.

Напряженные линии питания ставят под угрозу жизнеспособность батарей, которые сильно зависят от кобальта

И наоборот, электромобилям с чисто аккумуляторными батареями требуются аккумуляторы с высокой удельной энергией, поскольку этому автомобилю больше не помогает бензин или дизельный двигатель. Кроме того, необходимы большие жизненные циклы, позволяющие транспортным средствам преодолевать пробеги, приближающиеся к пробегам традиционных автомобилей перед зарядкой. Аккумуляторные электрические шины имеют аналогичные потребности, но могут вмещать значительно большие батареи, что приводит к снижению потребности в высоких уровнях плотности энергии.

Одним из ключевых элементов, используемых в этих исторических формулах, является кобальт, обеспечивающий безопасность и термическую стойкость в современной технологии литий-ионных аккумуляторов. Тем не менее, ограниченные и напряженные линии питания ставят под сомнение жизнеспособность батарей, которые сильно зависят от этого металла, что вызывает необходимость в катодных материалах с низким содержанием кобальта.

Будущее аккумуляторных электромобилей

Для решения проблем отрасли и удовлетворения потребностей потребителей ученые JM прилагают все усилия для разработки катодных материалов следующего поколения. Используя свой опыт в разработке и производстве материалов, они применили многолетний опыт, чтобы создать композицию материалов, обеспечивающую преимущества, в которых нуждается рынок.

Материал eLNO компании JM предлагает улучшение плотности энергии на 20–25%.

Материал катода JL eLNO представляет собой особую смесь элементов, которые оптимизируют свойства, необходимые для транспортных средств. Одним из наиболее важных является плотность энергии, которая напрямую зависит от диапазона автомобиля. По сравнению с нынешним лидером рынка (NMC 622 — никель, марганец и кобальт в соотношении 6: 2: 2), материал eLNO компании JM предлагает улучшение плотности энергии на 20–25%. Кроме того, материал eLNO имеет более длительный срок службы, что означает, что аккумулятор заряжается дольше между зарядками.

В совокупности это означает, что транспортные средства, работающие от аккумуляторов, использующих катодные материалы eLNO, могут преодолевать большие расстояния, прежде чем им придется остановиться для зарядки. Кроме того, JM работает над уменьшением общего количества кобальта, необходимого в материале аккумуляторной батареи, помогая сократить расходы и сделать автомобили с аккумуляторной батареей более доступными.

Помимо литий-ионных, исследования новых технологий катодных батарей сосредоточены на новых материалах на основе лития. Эти передовые технологии способны предложить большие преимущества в области аккумуляторных батарей. Но многие остаются в их технологическом младенчестве и должны преодолеть значительные проблемы, прежде чем они могут быть коммерциализированы.

Ожидается, что к 2025 году 6–71ТР1Т автомобилей будет работать от батарей. Для поддержки этого процесса и поощрения их принятия решающее значение приобретает расширение исследований и разработок в области аккумуляторных материалов. Работая в течение 40 лет над созданием продуктов для автокатализаторов, которые помогают сделать воздухоочиститель в мире более чистым, JM стремится разрабатывать аккумуляторные материалы следующего поколения, которые позволяют увеличить дальность движения и снизить совокупную стоимость владения.

eLNO является зарегистрированным товарным знаком группы компаний Johnson Matthey

Джонсон МаттиВ Johnson Matthey мы видим мир, который будет чище и здоровее. Наши ученые каждый день работают над созданием инновационных продуктов, которые обеспечивают более чистый воздух, улучшают здоровье и позволяют более эффективно использовать природные ресурсы. Являясь мировым лидером в области устойчивых технологий, мы работаем с нашими клиентами на различных рынках, от фармацевтического и медицинского до автомобильного, промышленного и химического производства, оптимизируя процессы и повышая эффективность. Наши решения продолжают развиваться с изменяющимися требованиями нашего времени, когда мы решаем новые задачи, чтобы построить более чистое и здоровое будущее для будущих поколений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *