Chƣơng 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
3.3 Hệ thống pin trên xe điện
3.3.1 Giới thiệu về các loại pin
Một số loại pin nổi bật đƣợc sử phổ biến hiện nay nhƣ:
Pin axít chì (Pb-PbO2): Loại pin này đƣợc phát minh vào năm 1859 và là loại pin
sạc lâu đời nhất. Mặc dù loại pin này rất phổ biến trên các phƣơng tiện thơng thƣờng, và nó cũng đã đƣợc sử dụng trong các loại xe điện. Nó có tỷ lệ mật độ năng lƣợng rất thấp.
62 Pin đƣợc hình thành bởi sự lắng đọng axit sulfuric và một nhóm các tấm chì. Trong q trình nạp ban đầu, chì sunfat bị khử thành kim loại trong các bản cực âm, trong khi ở bản cực dƣơng, oxit chì đƣợc hình thành (PbO2). GM EV1 và Toyota RAV4 EV, là những ví dụ về các loại xe sử dụng loại pin này.
Pin Nickel-Cadmium (Ni-Cd): Công nghệ này đã đƣợc sử dụng vào những năm 90, vì những loại pin này có mật độ năng lƣợng lớn hơn, nhƣng chúng có tuổi thọ thấp và cadmium là một nguyên tố rất đắt tiền và gây ơ nhiễm. Vì những lý do này, pin nickel- cadmium hiện đang đƣợc thay thế bằng pin nickel-metal-hydride (Ni-MH).
Pin Nickel-Metal-Hydride (Ni-MH): Trong loại pin này, một hợp kim lƣu trữ
hydro đƣợc sử dụng cho các điện cực âm thay vì cadmium (Cd). Chúng có mức độ tự phóng điện cao hơn so với pin niken-cadmium, loại pin này đƣợc sử dụng bởi nhiều loại xe hybrid, chẳng hạn nhƣ Toyota Prius và phiên bản thứ hai của GM EV1. Toyota RAV4 EV, ngồi việc có một phiên bản axit chì, cịn có một phiên bản khác với niken-metal- hydride.
Pin Zinc-bromine (Zn-Br2): Các loại pin này sử dụng dung dịch kẽm-brom đƣợc
đựng trong hai bình và trong đó bromua chuyển thành brom ở điện cực dƣơng.
Pin natri clorua và niken (Na-NiCl2): Còn đƣợc gọi là ZEBRA, chúng rất giống
với pin lƣu huỳnh natri. Ƣu điểm của chúng là có thể cung cấp thêm năng lƣợng tới 30% ở nhiệt độ thấp, mặc dù phạm vi hoạt động tối ƣu của nó là từ 260oC đến 300o
C. Những loại pin này rất lý tƣởng để sử dụng cho xe điện.
Pin lƣu huỳnh natri (Na-S): chứa natri lỏng (Na) và lƣu huỳnh (S). Đây là loại pin có mật độ năng lƣợng cao, hiệu suất tải và không tải cao (89–92%) và vịng đời lâu dài. Ngồi ra, ƣu điểm của chúng là những vật liệu này có giá thành rất rẻ. Tuy nhiên, chúng có thể đạt đến nhiệt độ hoạt động từ 300oC đến 350oC. Loại pin này đƣợc sử dụng trên Ford Ecostar, mẫu xe đƣợc ra mắt vào năm 1992–1993.
Pin Lithium-ion (Li-Ion): Những loại pin này sử dụng, nhƣ chất điện phân, một
muối lithium cung cấp các ion cần thiết cho phản ứng điện hóa thuận nghịch xảy ra giữa cực âm và cực dƣơng [1].
63
Hình 3.52: Biểu đồ so sánh độ bền và mật độ năng lượng của các công nghệ pin được
sử dụng trên ô tô điện [12]
Biểu đồ trên so sánh các công nghệ pin về độ bền chu kỳ của chúng (trục x), mật độ năng lƣợng (trục y), năng lƣợng cụ thể (kích thƣớc bong bóng) và nhiệt độ làm việc (màu bong bóng). Lƣu ý rằng màu ấm thể hiện nhiệt độ làm việc cao hơn. Những ƣu điểm nổi trội của pin Lithium-ion so với các loại pin còn lại nhƣ: mật độ năng lƣợng trên kích cỡ lớn, vịng đời dài với hơn 3000 chu kỳ sử dụng...Với những ƣu điểm đó đã khiến cho pin Li-ion trở thành loại pin đƣợc các hãng sản xuất sử dụng nhiều nhất cho ô tô điện [12].