Gjennombrudd for billig litium-svovel-batteri som lar elbilen kjøre over 100 mil uten å lade

[Simen1]

sverreb skrev (På 10.1.2020 den 15.25):

I praksis kan man nok regne ~10% ladetap, men husk dette fordeler seg på både lading og utlading i når det omsettes til varme. 

Nå kjenner jeg ikke så godt til spesifikasjonene for LiS, men om 90% virkningsgrad stemmer så er det absolutt brukbart i elbil, selv om det er litt lavere enn de beste kjemiene.

Anders: Med Sverre B sitt tall så blir det omtrent slik for et 100 kWh batteri:

105 kWh inn -> 5 kWh tapt som varme ved opplading + 100 kWh lagret i batteriet -> 5 kWh tapt som varme ved utlading + 95 kWh utnyttbar energi.

 

[Simen1]

mkaut skrev (På 9.1.2020 den 12.01):

De har jo en link til original artikkel.

Der kan man se at 99% referer til "coulombic efficiency", dvs. "the ratio of the total charge extracted from the battery to the total charge put into the battery over a full cycle" (https://batteryuniversity.com/learn/article/bu_808c_coulombic_and_energy_efficiency_with_the_battery)

Når det gjelder kapasitets-tap, så har jeg funnet 3 relevante figurer:

- Fig 4.D viser kapasitets-fall (omtrent) fra 1200 til 1050 (dvs. 12.5%) etter 100 sykler på 0.1 C

- Fig 4.E viser kapasitets-fall (omtrent) fra 1200 til 900 (dvs. 25%) etter 200 sykler på 0.2 C

Men beskrivelsen til Fig 4 sier at man skal se på Fig S10 for "long-term cycling"

- Fig S10.D (i "Supplementary material") viser kapasitets-fall fra 1000 til 800 (dvs. 20%) etter 250 sykler på 0.5 C - fortsatt ikke hurtiglading, men raskere enn hjemmelading.

Vet ikke hvorfor den tredje figuren viser mindre tap enn de første to...

Bare for å få litt perspektiv på tallene så lager jeg et eksempel med en bil som har 500 km rekkevidde per syklus:

- Fig 4.D: 100 sykluser a 500* km gir 437,5 km gjenværende rekkevidde etter 50 000 km

- Fig 4.E 200 sykluser a 500* km gir 375 km gjenværende rekkevidde etter 100 000 km

- Fig S10.D: 250 sykluser a 500* km gir 400 km gjenværende rekkevidde etter 125 000 km

Dersom vi antar 100 kWh batterikapasitet så får vi:

0,1C =10 kW ladeeffekt og 10 timer ladetid

0,2C =20 kW ladeeffekt og 5 timer ladetid

0,5C =50 kW ladeeffekt og 2 timer ladetid

* Jeg regner 500 km/syklus for enkelhets skyld. Reelt blir det gradvis kortere men jeg tar meg ikke tid til å finregne på det nå.

[Simen1]

PS. En måte å omgå svakheter ved levetiden til LiS er å kombinere to batterityper i en bil. F.eks 50 kWh Li-ion + 50 kWh LiS og ha to kjøremoduser:

- Dagligkjøring-modus: Kun Li-ion batteriet sykles. LiS-batteriet står i dvalemodus. Batteriindikatoren (0-100%) viser kun SoC i Li-ion batteriet.

- Langkjøring-modus: Må aktiveres av fører ved behov og slår seg automatisk av etter f.eks neste natt slik at den må reaktiveres hvis man skal kjøre langt flere dager på rad. Denne modusen aktiviserer LiS-batteriet i tillegg til Li-ion batteriet. Slik sørger man for at LiS-batteriet får langt færre sykluser enn Li-ion batteriet. Fordelingen 50/50 er bare et eksempel. Kanskje 30/70 eller noe annet er en bedre fordeling.

Ellers så kan også LiS egne seg der vekt er viktigere enn volum samtidig som man sykler batteriet skjeldnere og saktelader. F.eks fritidsbåter, campingbiler, som hjelpekraft i campingvogner etc.

Endret 5. februar 2020 av Simen1

[sverreb]

2 hours ago, Simen1 said:

Nå kjenner jeg ikke så godt til spesifikasjonene for LiS, men om 90% virkningsgrad stemmer så er det absolutt brukbart i elbil, selv om det er litt lavere enn de beste kjemiene.

 

Det er omtrent på par med eksisterende kjemier. Man kan oppnå bedre tall, men som sagt det forutsetter at du begrenser hvor mye du lader batteriet. Holder du deg til 10-50% lading kan du nok få gode tall, men det er neppe så praktisk.

2 hours ago, Simen1 said:

PS. En måte å omgå svakheter ved levetiden til LiS er å kombinere to batterityper i en bil. F.eks 50 kWh Li-ion + 50 kWh LiS og ha to kjøremoduser:

 

Hybride løsninger kan nok være aktuelt, men man må ta med aldring i betraktningen. Det er to primære slitasjemekanismer for batterier: Sykling og aldring. Sykling gir opphav til slitasje som følge av at batteriet brukes, men man har i tilegg aldring som degraderer batteriet over tid uavhengig av bruk (Men ofte avhengig av SOC). En hybrid løsning hvor du så har et batteri som ligger der ubrukt mesteparten av tiden må sannsynligvis håndteres slik at det vedlikeholdes på den mest gunstige SOC, (Som for andre litiumkjemier er mellom 40-60%) og så lades opp rett før den trengs. Hvis dette batteriet ligger på nær 100% SOC vil det gjerne slites raskt selv uten bruk (Om det har en aldringsoppførsel som andre litiumbatterier). Dette kan nok håndteres, det aller viktigste er hva den faktiske aldringen i disse batteriene er. Om de f.eks ikke kan ha akseptabel restkapasitet selv med minimal bruk etter 10-20år er de lite gunstige i biler.

[Simen1]

sverreb skrev (3 timer siden):

Hybride løsninger kan nok være aktuelt, men man må ta med aldring i betraktningen. Det er to primære slitasjemekanismer for batterier: Sykling og aldring. Sykling gir opphav til slitasje som følge av at batteriet brukes, men man har i tilegg aldring som degraderer batteriet over tid uavhengig av bruk (Men ofte avhengig av SOC). En hybrid løsning hvor du så har et batteri som ligger der ubrukt mesteparten av tiden må sannsynligvis håndteres slik at det vedlikeholdes på den mest gunstige SOC, (Som for andre litiumkjemier er mellom 40-60%) og så lades opp rett før den trengs. Hvis dette batteriet ligger på nær 100% SOC vil det gjerne slites raskt selv uten bruk (Om det har en aldringsoppførsel som andre litiumbatterier). Dette kan nok håndteres, det aller viktigste er hva den faktiske aldringen i disse batteriene er. Om de f.eks ikke kan ha akseptabel restkapasitet selv med minimal bruk etter 10-20år er de lite gunstige i biler.

Med en hybrid løsning kan man også gjøre kreative ting med ladekurven. Har man f.eks 80% på Li-ion batteriet og 50% på LiS batteriet (aldringsvennlig dvale) og så trykker på langturmodus kan man f.eks flytte energi fra Li-ion batteriet til LiS batteriet på 0,1c (fra 50-100% SoC) over natta, uten å være tilkoblet lader, og bare ta en svipptur innom hurtigladeren for å toppe Li-ion batteriet fra 30 til 80% igjen med kanskje 1-3c.

[Halvor Sølvberg- the MOV]

Simen1 skrev (På 5.2.2020 den 18.56):

Med en hybrid løsning kan man også gjøre kreative ting med ladekurven. Har man f.eks 80% på Li-ion batteriet og 50% på LiS batteriet (aldringsvennlig dvale) og så trykker på langturmodus kan man f.eks flytte energi fra Li-ion batteriet til LiS batteriet på 0,1c (fra 50-100% SoC) over natta, uten å være tilkoblet lader, og bare ta en svipptur innom hurtigladeren for å toppe Li-ion batteriet fra 30 til 80% igjen med kanskje 1-3c.

Tror ikke dette vil være nødvendig. Gjør LiS batteriet 5 gangeren i rekkevidde har man kjørt 2 500 kilometer på en lading, dette ganger 200 ladinger når batteriets kapasitet har tapt seg 1 % gir 500 000 km.

Lader man bare mellom 50-60 % (250km) når man ikke skal på langtur vil nok batteriet kunne klare langt mer.

Det er vel litt i det blå: Men får man 2 gangeren til $ 100 kWt i eksempelvis en «Golf» eller semi er jo løpet kjørt.

Endret 6. februar 2020 av Halvor Sølvberg- the MOV

[Simen1]

sedsberg skrev (På 9.1.2020 den 9.55):

Hadde alle disse batterispådommene og sensasjonene slått til kunne vi flydd til mars og tilbake på et AA-batteri.

Den logiske feilen mange gjør er å multiplisere forbedringene med hverandre. F.eks en dobling her, en dobling der, og en dobling til et annet sted = totalt 8 ganger bedre. Selv om dette er konkurrerende teknologier som ikke kan kombineres. Ergo tre lovnader om dobling = totalt en dobling. Pga konkurranseforhold kan det hende at to av disse ikke lykkes økonomisk slik at de tre lovnadene ikke blir til tre parallelle doblinger, men kun til én kommersielt utviklet dobling.

I andre tilfeller kan lovnadene bygge på hverandre. F.eks noen lover 50% forbedring og noen andre lover 100% forbedring, men sistnevnte kan inkludere førstenvnte slik at den andre lovnaden egentlig bare er +50% og deretter +33% = totalt 100% forbedring. (1,5 x 1,33 = 2). Dermed blir lovnader om 50% og 100% tolket feil (1,5 * 2 = 3).

[Halvor Sølvberg- the MOV]

Simen1 skrev (4 timer siden):

Den logiske feilen mange gjør er å multiplisere forbedringene med hverandre. F.eks en dobling her, en dobling der, og en dobling til et annet sted = totalt 8 ganger bedre. Selv om dette er konkurrerende teknologier som ikke kan kombineres. Ergo tre lovnader om dobling = totalt en dobling. Pga konkurranseforhold kan det hende at to av disse ikke lykkes økonomisk slik at de tre lovnadene ikke blir til tre parallelle doblinger, men kun til én kommersielt utviklet dobling.

I andre tilfeller kan lovnadene bygge på hverandre. F.eks noen lover 50% forbedring og noen andre lover 100% forbedring, men sistnevnte kan inkludere førstenvnte slik at den andre lovnaden egentlig bare er +50% og deretter +33% = totalt 100% forbedring. (1,5 x 1,33 = 2). Dermed blir lovnader om 50% og 100% tolket feil (1,5 * 2 = 3).

Eg er blitt litt lei all denne tilpassede informasjon. Simen1 Du er forholdsvis moderat/etteretlig, men det mangler ende til ende taller i de aller fleste regnestykker som vi ser i dagens media.

Dette resulterei at 0 ikke kan bli 1 som man i enkelte høve kan bruke i statestikken. Det blir 0 som informasjon, ingen ting bare klikk.

Endret 8. februar 2020 av Halvor Sølvberg- the MOV

[tow]

sverreb skrev (På 10.1.2020 den 15.25):

Man kan holde VE så høyt som 99% i LiIon celler, men det forutsetter at man holder SOC lav og lader sakte (0.05C). 

Det er jo helt ideelt i en elbil, der mesteparten av ladingen gjøres hjemme, med en effekt i området 0,05C.

[sverreb]

1 hour ago, tow said:

Det er jo helt ideelt i en elbil, der mesteparten av ladingen gjøres hjemme, med en effekt i området 0,05C.

Men SOC er ikke lav nok, og utladingsrate er like relevant. Høyere utladingsrate gir lavere spenning og dermed lavere VE. 

Ikke at 90% er en problematisk virkningsgrad, vi tåler i praksis mye dårligere virkningsgrad enn det energimessig. Men la oss holde oss til realitetene.  

Her er forøvrig en test av en elbil som kvantiserer totaltapet til 12-22% (avhengig av hvor mye av batteriet som skal lades). Dette inkluderer AC/DC omforming som er oppgitt som opp til 5%. Ikke alt av det gjenværende vil være tap i batteriet, men det aller meste burde være det. En bil som står stille burde ikke bruke mange mW. (og en i3 som ble brukt her er ikke kjent for å store parasittiske tap)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484719310911

Endret 26. oktober 2020 av sverreb