Jämförelse av två koboltfria batteriteknologier

Det är ingen hemlighet att massifieringen av elbilar kräver batterier tillverkade av billiga råvaror, vilket innebär att de måste vara koboltfria.

Koboltfria battericeller har dock fortfarande inte stor energitäthet, därför är det avgörande att reducera passivt material för att uppnå en övergripande god energitäthet och kostnad på batteripaketnivå.

Det aktiva materialet i batteripaket är det som lagrar energin (celler) och dess kostnad är variabel (60-90 euro per kWh). Det passiva materialet är det som sätter ihop och skyddar cellerna (kablar, rör, elektronik och fodral), det beror inte mycket på batterikapaciteten och dess kostnad tenderar att vara mer linjär.

Battericellstillverkare som CATL, BYD och SVOLT utvecklar modullösa batteripaket med CTP-teknik (cell-to-pack). Utan moduler sätts de långa prismatiska battericellerna som är seriekopplade i en array och sätts sedan in i ett batteripaket, vilket gör det så enkelt som möjligt.

CTP-teknikens enkelhet hjälper till att uppnå en bra energitäthet på batteripaketnivå, även om cellernas energitäthet inte är fantastisk.

I den här artikeln kommer vi att jämföra två alternativa koboltfria batteriteknologier, en från BYD och en annan från SVOLT.

SVOLT

SVOLT CTP-teknik

SVOLT battericellsspecifikationer

• Kapacitet :226 Ah
• Nominell spänning :3,81 V
• Max laddningsspänning :4,35 V
• Energi :861 Wh
• Vikt :3,59 kg (uppskattning)
• Mått :575 x 21,5 x 118 mm
• Volym :1 459 L
• Gravimetrisk energitäthet :240 Wh/kg
• Volumetrisk energitäthet :590 Wh/L
• Kemi :LNMO

Hypotetiskt  batteripaket

• Celler :92 (92s1p)
• Nominell spänning :350,52 V
• Kapacitet :79,2 kWh
• Total cellvikt :330 kg
• Total cellvolym :134 L
• Total förpackningsvikt :391 kg (uppskattning från en GCTP på 84,5 %)
• Total paketvolym :215 L (uppskattning från en VCTP på 62,4 %)
• Gravimetrisk energitäthet :203 Wh/kg (uppskattning från en GCTP på 84,5 %)
• Volumetrisk energitäthet :368 Wh/L (uppskattning från en VCTP på 62,4 %)
• Aktiv materialkostnad :5 544 euro (70 euro per kWh)
• Passiv materialkostnad :1 000 euro
• Total kostnad :6,544 euro (83 euro per kWh)

Till skillnad från BYD nämner SVOLT inte VCTP (volumetrisk cell-to-pack ratio) eller GCTP (gravimetrisk cell-to-pack ratio) för sina CTP-batterier. Jag antar 62,4 % för VCTP och 84,5 % för GCTP, vilket är samma som vi får med BYD Blade-batteriet.

Hur som helst, tidigare trodde jag att SVOLT använde högspänningsspinellformen av LNMO, som har en hög driftspänning på 4,7 V och jag hade fel! LNMO-battericellen från SVOLT arbetar med en lägre spänning, vilket innebär att det finns utrymme för förbättringar...

Att arbeta vid 4,7 V skulle representera en spänningsökning på 23 % och en ekvivalent ökning av energitätheten, till 296 Wh/kg och 728 Wh/L.

BYD

BYD avslöjar det volymetriska och gravimetriska cell-till-pack-förhållandet för de nya batteripaketen

BYD-bladbattericellspecifikationer

• Kapacitet :202 Ah
• Nominell spänning :3,2 V
• Max laddningsspänning :3,65 V
• Energi :646 Wh
• Vikt :3,92 kg (uppskattning)
• Mått :905 x 118 x 13,5 mm
• Volym :1 442 L
• Gravimetrisk energitäthet :165 Wh/kg (uppskattning)
• Volumetrisk energitäthet :448 Wh/L
• Kemi :LiFePO4 (LFP)

Hypotetiskt  batteripaket

• Celler :110 (110s1p)
• Nominell spänning :352 V
• Kapacitet :71,1 kWh
• Total cellvikt :431 kg
• Total cellvolym :159 L
• Total förpackningsvikt :507 kg (uppskattning från en GCTP på 85 %)
• Total paketvolym :253 L (uppskattning från en VCTP på 62,6 %)
• Gravimetrisk energitäthet :140 Wh/kg (uppskattning från en GCTP på 85 %)
• Volumetrisk energitäthet :280 Wh/L (uppskattning från en VCTP på 62,6 %)
• Aktiv materialkostnad :4,266 euro (60 euro per kWh)
• Passiv materialkostnad :1 000 euro
• Total kostnad :5,266 euro (74 euro per kWh)

En energitäthet på 165 Wh/kg och 448 Wh/L är imponerande för en LFP-battericell, men här finns det också utrymme för förbättringar. LFMP är högspänningsversionen av LFP och arbetar på 3,75 V, vilket motsvarar en spänningsökning på 17 % och en ekvivalent ökning av energitätheten. Den skulle nå en energitäthet på 193 Wh/kg och 525 Wh/L.

Sammanfattning...

Vi får mer energitäthet med SVOLTs CTP-batteripaket gjorda med LNMO-celler, men lägre kostnad med BYD:s CTP-batteripaket gjorda med LFP-celler. Ändå är båda batterierna bra och har fortfarande utrymme för förbättringar.

Båda batteripaketen kommer att kunna erbjuda en användbar kapacitet på minst 66 kWh, vilket skulle räcka för ungefär en WLTP-räckvidd på 500 km (311 miles) i till exempel en Hyundai Kona Electric.

Hur som helst, BYD producerar redan sina koboltfria CTP-batterier, men vi måste vänta ett år för att se SVOLT göra detsamma...

Nu är jag nyfiken på att veta vad CATLs koboltfria CTP-batteripaket kommer att erbjuda och vad Tesla kommer att visa oss under "batteridagen". Även om jag tvivlar på att Tesla någonsin kommer att producera sina egna battericeller, skulle jag inte bli förvånad om Tesla gradvis ersatte Panasonic och dess cylindriska celler med CATL:s koboltfria CTP-batterier … åtminstone i vissa regioner.

Om Tesla inte omfamnar koboltfria CTP-batterier snart kommer jag att bli oerhört besviken.