Litija bateriju izredžu analīze svina skābes nomaiņai automobiļu akumulatoru jomā

Svina-skābes akumulatori pašlaik ir galvenais SLI enerģijas avots mehāniskajos transportlīdzekļos, un tiem ir dota arī daudz citu lietojumu. Litija bateriju kā SLI bateriju, nevis svina-skābes bateriju priekšrocības galvenokārt ir to ilgāks mūžs un lielāks enerģijas blīvums. Drošības ziņā tiek apsvērti jaunie Eiropas noteikumi par akumulatoriem par ierobežojošu materiālu izmantošanu transportlīdzekļos, kā arī izmaksas, dizains un testu specifikācijas. Tiek ņemts vērā arī abu bateriju dzīves cikls un pārstrāde.

1. Akumulatora nomaiņa

Gadu gaitā svina-skābes akumulatoru ķīmija un ražošanas standarti ir salīdzinoši ātri pielāgoti jaunām jaudas prasībām un izaicinājumiem, pielāgojot piedevas un uzlabojot esošos ražošanas procesus, nevis mēģinot pārveidot pilnīgi jaunu akumulatoru sistēmu. Sešdesmitajos gados svina-skābes SLI akumulatora kalpošanas laiks bija aptuveni 3 gadi, un līdz 2015. gadam, palielinoties jaudas un lietojuma prasībām, akumulators var kalpot pat piecus vai vairāk gadus.

Svina-skābes akumulatoriem ir saglabājusies tirgus daļa, galvenokārt tāpēc, ka tie var apmierināt lielo strāvu, kas nepieciešama ICE aukstai palaišanai, cikla izturību augstā temperatūrā, salīdzinoši augstu drošību un salīdzinoši zemas izmaksas. Ja plānojat piedalīties šajā tirgū, tad šīs ir problēmas, ar kurām jāsaskaras jebkurai jaunai akumulatoru tehnoloģijai. Pēdējos gados ir ievērojami uzlabojusies litija bateriju stabilitāte ķīmijas un ražošanas ziņā, nepārtraukti tiek samazinātas izmaksas un nepārtraukti uzlabota veiktspēja. Plašākā nozīmē, salīdzinot ar svina-skābes akumulatoriem, pašreizējās litija jonu SLI bateriju galvenās priekšrocības ir to lielais enerģijas blīvums un ilgais kalpošanas laiks.

Litija jonu SLI akumulatoriem ir līdzīga veiktspēja kā esošajām svina-skābes SLI baterijām, un ir ieviesti papildu testi, lai novērtētu litija jonu SLI akumulatoru stabilitāti. Tostarp stingri drošības pasākumi, piemēram, aizsardzība pret pārslodzi, sasmalcināšanas vai punkcijas tipa iznīcināšanas testi, nepārtraukta zemas temperatūras izlāde un uzlāde un litija nogulsnēšanās ietekmes novērtēšana.

2. Litija jonu akumulatora drošības dizains

Galvenais izaicinājums litija jonu SLI akumulatoru izstrādē ir tas, cik drošs akumulators ir ļaunprātīgas izmantošanas vai novecošanas apstākļos, un tas, vai notiks termiskā bēgšana. Lai novērstu šo situāciju, ir veikti daudzi testi, taču ne visas situācijas ir paredzamas. Tā kā negadījums izraisīja pārmērīgu bojājumu transportlīdzekļa iekšpusē, kas var izraisīt akumulatora sadegšanu ārēju vai iekšēju ugunsgrēku dēļ, veiktie piesardzības pasākumi nodrošinās, ka bojātais akumulators turpmāk neradīs dzirksteles, tādējādi samazinot uguns izplatīšanos pēc uzliesmojuma. negadījums. Turklāt unikāls akumulatora faktors ir iekšējais īssavienojums (ISC), kas var rasties tā novecošanas dēļ. Daži izplatīti apstākļi, piemēram, litija dendrītu veidošanās, iekļūst diafragmā, lai izraisītu īssavienojumu, kas izraisa diafragmas saraušanos karstuma dēļ un liela īssavienojuma izraisīšanu. Vēl viens standartizētu akumulatoru testēšanas izaicinājums ir tāds, ka litija jonu akumulatoru ārējā struktūra var būt cilindriska, maisiņš (mīksts iepakojums) vai kvadrāts. Tāpēc katram akumulatora tipam nepieciešama atšķirīga mehāniskā testa procedūra. Šīs metodes var izmantot, lai izprastu korelāciju starp drošības testēšanu un litija jonu SLI akumulatoriem.

3. SLI akumulatora dizains

Veidojot SLI baterijas, var izvēlēties dažādus elektrodu materiālus un bateriju kombinācijas. Tomēr, ja kopējais akumulatora spriegums ir ierobežots līdz tipiskam 12 V, šajā gadījumā ir iespējams nomainīt esošo svina-skābes akumulatoru. Pašlaik tikai dažas sērijveidā savienotas baterijas var sasniegt pareizo akumulatora spriegumu.

Papildus prasībai iegūt akumulatora spriegumu tuvu 12V, jāņem vērā arī citi faktori, piemēram, viegla pieejamība patērētāju tirgū. Salīdzinot ar standarta svina-skābes akumulatoriem, šie materiāli var radīt izmaksu ziņā konkurētspējīgas SLI baterijas. Litija jonu bateriju katoda materiālus var iedalīt slāņveida, spinela un olivīna tipos. Anoda materiāls galvenokārt ir ogleklis. Papildus katoda un anoda materiālu savietojamībai, lai nodrošinātu pareizu akumulatora spriegumu un jaudas jaudu, pirmais no litija jonu akumulatoriem. Trīs svarīgi komponenti ir tā elektrolīts. Lielākajai daļai komerciālo akumulatoru organiskos šķidros elektrolītus izmanto kopā ar šķīstošajiem litija sāļiem, kas var nodrošināt nepieciešamo litija jonu vadītspēju. Visizplatītākais šobrīd izmantotais sāls ir LiPF6.

BEV 12 V litija jonu SLI akumulatoru var izmantot, lai uzturētu transportlīdzekļa elektronisko sistēmu' kad transportlīdzeklis nebrauc. Svina-skābes SLI akumulatoru izmantošana šajā lietojumā nav ideāla, jo tā parasti ir paredzēta lielai jaudai, un tā ne vienmēr ir piemērota dziļas zemas strāvas izlādes lietošanas scenārijiem. Šajā sakarā litija jonu SLI akumulatori tikai kompensē svina-skābes SLI akumulatoru trūkumus.

4. Akumulatora līdzsvara un akumulatora vadības sistēmas (BMS) dizains

Atšķirībā no svina-skābes SLI akumulatoriem, litija jonu akumulatoru tehnoloģijai izaicinājums ir tāds, ka tām ir augsta uzlādes efektivitāte, kas ir gandrīz 95%, un tām stingri jādarbojas akumulatora sprieguma logā. Kad litija jonu baterijas tiek montētas sērijveidā un uzlādētas, tās var viegli novirzīties ārpus akumulatora sprieguma loga, aktīvajā materiālā var sākties neatgriezeniskas fāzes izmaiņas un elektrolīts var sākt sadalīties. Tas savukārt palielina akumulatora iekšējo pretestību, tādējādi palielinot akumulatora nelīdzsvarotības efektu. Tāpēc akumulatoru pārvaldība un atsevišķu akumulatoru uzraudzība ir kļuvusi par standarta praksi litija jonu moduļiem, un tie parasti tiek iebūvēti akumulatoru kārbas korpusā. Tirgū ir liels skaits BMS sistēmu, no kurām daudzas ir pielāgotas konkrētām litija jonu akumulatoru ķimikālijām. Vienkāršākā un izmaksu ziņā izdevīgākā uzlādes metode ir sērijveida akumulatora uzlādes ierobežošana. Labāka metode ir ļaut pārdalīt enerģiju starp akumulatoriem, tiklīdz akumulators sasniedz augšējo sprieguma robežu, novēršot viena akumulatora pārmērīgu uzlādi un radot drošības problēmas.

5. Akumulatora izmaksas

Salīdzinot ar esošajām tehnoloģijām, viens no galvenajiem litija jonu SLI akumulatoru izaicinājumiem ir nodrošināt patērētājiem konkurētspējīgu cenu. Pētnieki smagi strādā, lai izpētītu vērtības ķēdes jautājumus litija jonu akumulatoru ražošanā. Pašlaik tiek uzskatīts, ka gandrīz 60% no akumulatora izmaksām veido neaktīvi materiāli, piemēram, strāvas savācēji, separatori un akumulatoru apvalki. Papildu izmaksas rodas no cietā elektrolīta starpfāzes (SEI). ) Laiks un enerģija, kas iztērēta veidošanās procesā.

6. Politika un likumdošana

Galvenos tehnoloģiju virzītājspēkus parasti papildina noteikta nacionālā un starptautiskā politika saistībā ar veselību un drošību, kam seko likumdošana. Parasti tie ietver noteiktu ķīmisko vielu vai ķīmisko piederumu izmantošanu, kas tiek uzskatīti par kaitīgiem cilvēkiem un videi. Īpaši tad, ja šīs kaitīgās vielas lieto transportlīdzekļos, to konstrukcijas koncepcijai vajadzētu būt iespējai sasniegt &; zaļā pārstrāde &, tas ir, tās var izjaukt, lai dažādus materiālus varētu atkārtoti izmantot, pārstrādāt vai droši iznīcināt neradot nekādu piesārņojumu videi.

7. Standarti un specifikācijas

Gadu desmitiem ir parādījušās un pakāpeniski izstrādātas specifikācijas un standarti, lai pielāgotos gandrīz visu akumulatoru lietojumu, tostarp transportlīdzekļu SLI akumulatoru, veiktspējai un drošībai. No otras puses, dažu valstu vai reģionu tiesību aktos, atsaucoties uz noteiktām prasībām, var būt atsauce uz standartiem, kuriem parasti ir tieša ietekme uz sabiedrības un vides drošību un veselību. Amerikas Savienoto Valstu Advanced Battery Alliance (USABC) ir apkopojusi ASV Enerģētikas departamenta (DoE) akumulatoru testēšanas rokasgrāmatu (2. redakcija).

8. Bateriju pārstrāde

Pašlaik uzņēmums ar noteiktu izturību litija jonu akumulatoru pārstrādē.

Iepriekš minētais apkopo, ka daži lieli uzņēmumi aktīvi piedalās izveidotajā litija jonu bateriju rūpnieciskā pārstrādes procesā. Jaunās pārstrādes nozares pārstrādes jauda nākamajos 7–10 gados pieaugs vismaz piecas reizes.

9. Secinājumi un perspektīvas

Šajā rakstā ir apkopoti daži faktori svina-skābes SLI akumulatoru nomaiņai ar litija jonu SLI akumulatoriem, kas tuvāko gadu laikā būs pakāpenisks process. Masveidā izmantojot atjaunojamās enerģijas sistēmas krātuves, svina-skābes akumulatoru izmantošana turpinās pieaugt, un litija jonu SLI akumulatoru uzmanība tiks pievērsta vidēja un augsta līmeņa ICE transportlīdzekļiem, kas atrodas Eiropā, daži no tiem kas atrodas Āzijā un Amerikas Savienotajās Valstīs. Daudziem maziem un lētiem ICE transportlīdzekļiem svina-skābes SLI akumulators tiks izmantots arī turpmāk, jo izšķirošā nozīme vienmēr būs akumulatora nomaiņas izmaksām. Turklāt globālais patērētāju tirgus palielinās &; aprites ekonomikas" produkti, kas koncentrēsies uz vides atkritumu samazināšanu, vienlaikus palielinot izejvielu pārstrādi. Lai gan litija jonu akumulatoru pārstrāde vēl ir tikai sākumstadijā, Ķīna, Japāna un citas valstis jau ir veikušas lielas iniciatīvas. Amerikas Savienotās Valstis, Austrālija un Eiropas valstis ir demonstrējušas visas materiālu otrreizējās pārstrādes funkcijas litija jonu akumulatoros. Šie pārstrādes procesi notiks nākamajos piecos līdz piecos gados. Ideāls desmit gadu laikā.