Session 35 Göran Lindbergh
-
Upload
transportforum-vti -
Category
Documents
-
view
327 -
download
2
Transcript of Session 35 Göran Lindbergh
![Page 1: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Göran LindberghKTH Skolan för kemivetenskapTillämpad elektrokemiStockholm
Transportforum 2010Linköping, 13 januari 2010
Batteriteknikens utveckling
![Page 2: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Snart kommer alla bilar att tanka el, eller finns det hinder?
![Page 3: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Agenda
• Introduktion• Batteriers egenskaper• Ett kort exempel på resultat från pågående
forskning• Batteriers begränsningar• Slutsatser
![Page 4: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Toyota Prius - HEV
![Page 5: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/5.jpg)
5
”Well-to-wheel”-verkningsgrad
![Page 6: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Från elhybrid till elbil eller bränslecellsbil?• HEV
Elhybridfordon, använder el som en effektbuffert• PHEV
”Plug-in hybrid”, laddhybrid, kortare sträckor ren eldrift och kan laddas från nätet
• EV eller BEVElfordon eller batterielfordon, endast eldrift och laddas från nätet
• FCVBränslecellsfordon, är sannolikt ett elhybridfordon
![Page 7: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Parallell- och seriehybrid
Parallellhybrid och seriehybrid
![Page 8: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Batterier för portabel elektronik
![Page 9: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Batterier - från nanometer till meter
Li+
Li+
Li+
Li+
e-
Li
![Page 10: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Svenskt Hybridfordonscentrum (SHC)Partners: • Energimyndigheten, universiteten och svensk
fordonsindustri
Övergripande mål med området energilager inom SHC: • Att utveckla området batterier genom att basera det
på teknik och vetenskap
Delmål:• Att för ett hybridfordon med given livslängd utnyttja
energilagret maximalt• Att för varje tillämpning och tidpunkt välja ”det
bästa” energilagret• Att utveckla bättre energilager
![Page 11: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Simulera cellspänning-ström under en hybridcykel
![Page 12: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Elektrolytkoncentration under en hybridcykel
![Page 13: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Prestandamått för batterier
• CellspänningEcell =Epositive - Enegative [V] (≈ 4 V for Li-ion)
• Specifik kapacitetCs = Q/m [Ah g-1] (eller laddningsdensitet [Ah l-1])
Teoretisk kapacitet: Cs,th =nF/M där M är molmassan, F är Faradays konstant
För Li-jon (LiC6 + 2Li0.5CoO2 --> C6 + 2LiCoO2): M ≈ 260 g/mol --> Cs,th ≈ 100 Ah/kg
• Specifik energiWs = Ecell * Cs [Wh kg-1] (eller energidensitet [Wh l-1])
För Li-jon: Ws,th ≈ 4 * 100 = 400 Wh kg-1
![Page 14: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/14.jpg)
E0/V
F2 + 2e- ⇔2F- 2.87Au+ + e- ⇔Au 1.68Au3+ + 3e- ⇔Au 1.50PbO2+4H++2e- ⇔ Pb2+ + 2H2O 1.455Cl2 + 2e- ⇔2Cl- 1.35954H+ + O2 + 4e- ⇔ 2H2O 1.229Ag+ + e- ⇔ Ag 0.7991Fe3+ + e- ⇔ Fe2+ 0.771Cu+ + e- ⇔ Cu 0.521Hg2Cl2 + 2e- ⇔2Hg+2Cl- 0.2681Cu2+ + 2e- ⇔ Cu 0.337AgCl + e- ⇔ Ag + Cl- 0..2224Cu2+ + e- ⇔ Cu+ 0.1532H+ + 2e- ⇔H2(g) 0Pb2+ + 2e- ⇔Pb -0.1288Ni2+ + 2e- ⇔Ni -0.25Cd2+ + 2e- ⇔Cd -0.4019Cr3+ + 3e- ⇔Cr -0.41Fe2+ + 2e- ⇔Fe -0.440Zn2+ + 2e- ⇔Zn -0.76312H2O + 2e- ⇔2OH- + H2(g) -0.8281Al3+ + 3e- ⇔Al -1.66Na+ + e- ⇔Na -2.7141Li+ + e- ⇔Li -3.045
Tabell 2.2 Standardpotentialer vid 25°C för ett urval elektrodreaktioner
Vattnets
stabilitetsområde
![Page 15: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Ragone-kurvor för olika system
Lead-acid
Capacitors
Fuel Cells
IC Engine
HEV goal
3.6 s36 s0.1 h1 h
10 h
100 h
Ni-MH
Li-ion
3.6 s36 s0.1 h1 h
10 h
100 h EV goal
3.6 s36 s0.1 h1 h
10 h
100 h
1
2
4
6
10
2
4
6
100
2
4
6
1000
Spe
cifi
c E
nerg
y (W
h/kg
)
100
101
102
103
104
Specific Power (W/kg)Acceleration
Ran
ge
Source: Product data sheets
![Page 16: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Utvecklingen av batterier
![Page 17: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Vad kan vi förvänta oss av batterier i framtiden?Batterier för elhybridfordon kommer att:• bli säkrare,• bli billigare,• byggas med större celler,• få bättre och jämnare kvalitet,• ha förbättrad livslängd,• ha bättre och mer avancerade kontrollsystem.
Men:• energitätheten kommer på kortare sikt bara att
förbättras marginellt.
![Page 18: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Kostnadsmål litiumjonbatterier
• US (USABC)Optimistic projection US$ 250/kWhGoal US$ 150/kWh
• Japan(METI)2007 US$ 1644/kWh2010 US$ 822/kWh2015 US$ 247/kWh2020 US$ 164/kWh2030 US$ 41/kWh
![Page 19: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Batteriers begränsning
Förbränningsmotoreller bränslecell
Batteri
Systemetsvolym eller vikt
Energimängd / kWhel biobränslen
eller vätgas
![Page 20: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Antal hybridfordon som kan ”försörjas” per hektar yta
Number of hybrid passenger cars which can be supplied from one hectare of land.”Yeald of Biofuels versus Hydrogen from Photovoltaics and Wind Power”, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH
![Page 21: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Honda FCX Clarity, en bränslecellshybrid för framtiden!
![Page 22: Session 35 Göran Lindbergh](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022051112/559b355a1a28ab34638b478e/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Slutsatser
• Hybridisering med batterier sänker energiförbrukningen för alla typer av fordon.- Vi kommer att se en hybridisering av allt fler fordon.
• Batterierna kommer att bli bättre och billigare. Ren batteridrift för alla fordon är däremot vare sig tekniskt eller ekonomiskt möjligt idag.- Det kommer att finnas kvar ett behov av en ”primär” energiomvandlare på de flesta fordon.- Tillgången på biobränslen kommer att vara begränsad.- Vätgas och bränsleceller ger möjligheter att effektivt ”paketera el” i fordon för större räckvidd.
• Det finns ingen konflikt mellan batterier och bränsleceller i fordon.- Det finns inget ”eller”, framtidens fordon är en hybrid med en bränslecell ombord.