Ličio baterijų perspektyvinė analizė, pakeičianti švino rūgštį automobilių akumuliatorių srityje

Švino rūgšties akumuliatoriai šiuo metu yra pagrindinis variklinių transporto priemonių SLI energijos šaltinis, be to, jie buvo naudojami daugelyje kitų sričių. Ličio baterijų, kaip SLI, baterijų, o ne švino rūgšties, pranašumai daugiausia yra ilgesnis jų tarnavimo laikas ir didesnis energijos tankis. Saugumo požiūriu atsižvelgiama į naujas Europos akumuliatorių taisykles dėl ribojančių medžiagų naudojimo transporto priemonėse, taip pat į kainą, dizainą ir bandymų specifikacijas. Taip pat atsižvelgiama į dviejų baterijų gyvavimo ciklą ir perdirbimą.

1. Baterijos keitimas

Bėgant metams, švino rūgšties baterijų chemijos ir gamybos standartai buvo gana greitai pritaikyti prie naujų energijos poreikių ir iššūkių, derinant priedus ir tobulinant esamus gamybos procesus, o ne bandant pertvarkyti visiškai naują akumuliatorių sistemą. 6-ajame dešimtmetyje švino rūgšties SLI akumuliatoriaus tarnavimo laikas buvo apie 3 metus, o iki 2015 m., Didėjant energijos ir taikymo reikalavimams, baterija gali trukti net penkerius metus ar ilgiau.

Švino rūgšties baterijos išlaikė rinkos dalį, visų pirma todėl, kad jos gali patenkinti didelę srovę, reikalingą šaltam ICE paleidimui, ciklo patvarumą aukštoje temperatūroje, palyginti aukštą saugumą ir palyginti mažas išlaidas. Jei planuojate dalyvauti šioje rinkoje, tai yra iššūkiai, su kuriais turi susidurti bet kuri nauja baterijų technologija. Pastaraisiais metais ličio baterijų stabilumas chemijos ir gamybos požiūriu buvo žymiai pagerintas, išlaidos nuolat mažinamos, o našumas nuolat tobulinamas. Plačiau, lyginant su švino rūgštinėmis baterijomis, dabartiniai pagrindiniai ličio jonų SLI akumuliatorių privalumai yra didelis energijos tankis ir ilgas tarnavimo laikas.

Ličio jonų SLI akumuliatoriai veikia panašiai kaip esamos švino rūgšties SLI baterijos, ir buvo atlikti papildomi bandymai, skirti įvertinti ličio jonų SLI akumuliatorių stabilumą. Įskaitant griežtas saugos priemones, tokias kaip apsauga nuo perkrovos, sutraiškymo ar dūrio tipo sunaikinimo bandymai, nuolatinis iškrovimas ir įkrovimas žemoje temperatūroje bei ličio nusėdimo poveikio įvertinimas.

2. Ličio jonų akumuliatoriaus saugos dizainas

Pagrindinis iššūkis kuriant ličio jonų SLI akumuliatorius yra tai, kaip akumuliatorius yra saugus piktnaudžiavimo ar senėjimo sąlygomis ir ar įvyks terminis išsiliejimas. Siekiant išvengti šios situacijos, buvo atlikta daug bandymų, tačiau ne visos situacijos yra nuspėjamos. Kadangi avarijos metu buvo padaryta didelė žala transporto priemonės vidui, dėl kurios akumuliatorius gali sudegti dėl išorinių ar vidinių gaisrų, imantis atsargumo priemonių bus užtikrinta, kad pažeista baterija nesukels kibirkščių ir taip sumažins ugnies plitimą po avarija. Be to, unikalus akumuliatoriaus veiksnys yra vidinis trumpasis jungimas (ISC), kuris gali atsirasti dėl senėjimo. Kai kurios įprastos sąlygos, tokios kaip ličio dendritų susidarymas, prasiskverbia pro diafragmą ir sukelia trumpąjį jungimą, dėl kurio diafragma susitraukia dėl karščio ir sukelia didelio ploto trumpąjį jungimą. Kitas standartizuotų akumuliatorių bandymų iššūkis yra tas, kad ličio jonų baterijų išorinė struktūra gali būti cilindrinė, maišelis (minkštas paketas) arba kvadratas. Todėl kiekvienam akumuliatoriaus tipui reikalinga skirtinga mechaninio bandymo procedūra. Šie metodai gali būti naudojami siekiant suprasti saugumo bandymų ir ličio jonų SLI baterijų koreliaciją.

3. SLI baterijos dizainas

Kuriant SLI baterijas, galima rinktis iš įvairių elektrodų medžiagų ir baterijų derinių. Tačiau, kai bendra akumuliatoriaus įtampa yra tik 12 V, tokiu atveju galima pakeisti esamą švino rūgšties bateriją. Šiuo metu tik kelios nuosekliai sujungtos baterijos gali pasiekti reikiamą akumuliatoriaus įtampą.

Be reikalavimo, kad akumuliatoriaus įtampa būtų artima 12 V, reikia atsižvelgti ir į kitus veiksnius, tokius kaip lengvas prieinamumas vartotojų rinkoje. Palyginti su standartinėmis švino rūgštinėmis baterijomis, šios medžiagos gali pagaminti nebrangius SLI akumuliatorius. Ličio jonų baterijų katodines medžiagas galima suskirstyti į sluoksniuotas, špinelines ir olivines. Anodo medžiaga daugiausia yra anglis. Pirmasis iš ličio jonų akumuliatorių yra ne tik svarstomas katodo ir anodo medžiagų suderinamumas, kad būtų užtikrinta teisinga akumuliatoriaus įtampa ir galios talpa. Daugeliui komercinių baterijų organiniai skysti elektrolitai naudojami kartu su tirpiomis ličio druskomis, kurios gali užtikrinti reikiamą ličio jonų laidumą. Šiuo metu dažniausiai naudojama druska yra LiPF6.

Naudojant BEV, 12 V ličio jonų SLI akumuliatorius gali būti naudojamas transporto priemonės' elektroninei sistemai prižiūrėti, kai transporto priemonė nevažiuoja. Švino rūgšties SLI akumuliatorių naudojimas šioje programoje nėra idealus, nes jis paprastai skirtas didelėms galioms ir nebūtinai tinka labai mažos srovės iškrovimo scenarijams. Šiuo atžvilgiu ličio jonų SLI baterijos tik kompensuoja švino rūgšties SLI baterijų trūkumus.

4. Akumuliatoriaus balanso ir akumuliatoriaus valdymo sistemos (BMS) dizainas

Skirtingai nuo švino rūgšties SLI akumuliatorių, ličio jonų akumuliatorių technologijos iššūkis yra tas, kad jie turi aukštą įkrovimo efektyvumą (beveik 95%) ir turi veikti griežtai akumuliatoriaus įtampos lange. Kai ličio jonų akumuliatoriai yra surenkami nuosekliai ir įkraunami, jie gali lengvai išslysti už akumuliatoriaus įtampos lango, aktyviojoje medžiagoje gali prasidėti negrįžtami fazių pokyčiai, o elektrolitas gali pradėti irti. Tai savo ruožtu padidina vidinį akumuliatoriaus pasipriešinimą, taip padidindamas akumuliatoriaus disbalanso efektą. Todėl akumuliatorių valdymas ir atskirų akumuliatorių paketų stebėjimas tapo įprasta ličio jonų modulių praktika ir paprastai yra įmontuoti į akumuliatoriaus dėžės korpusą. Rinkoje yra daug BMS sistemų, daugelis iš jų yra pritaikytos konkrečioms ličio jonų baterijų cheminėms medžiagoms. Paprasčiausias ir ekonomiškiausias įkrovimo būdas yra apriboti serijos akumuliatoriaus įkrovimą. Geresnis metodas yra leisti perskirstyti energiją tarp akumuliatorių, kai baterija pasiekia viršutinę įtampos ribą, neleidžiant vienam akumuliatoriui perkrauti ir sukelti saugos problemų.

5. Baterijos kaina

Palyginti su esamomis technologijomis, vienas iš pagrindinių ličio jonų SLI akumuliatorių uždavinių yra suteikti vartotojams konkurencingą kainą. Mokslininkai labai stengiasi ištirti vertės grandinės problemas gaminant ličio jonų baterijas. Šiuo metu manoma, kad beveik 60% akumuliatoriaus sąnaudų sudaro neveiklios medžiagos, tokios kaip srovės kolektoriai, separatoriai ir akumuliatorių korpusai. Papildomos išlaidos atsiranda dėl kietojo elektrolito tarpfazės (SEI). ) Formavimo procese praleistas laikas ir energija.

6. Politika ir teisės aktai

Prie pagrindinių technologijų variklių paprastai pridedama tam tikra nacionalinė ir tarptautinė politika, susijusi su sveikata ir sauga, o vėliau - teisės aktai. Paprastai tai apima tam tikrų cheminių medžiagų ar cheminių priedų, kurie laikomi kenksmingais žmonėms ir aplinkai, naudojimą. Ypač tada, kai šios kenksmingos medžiagos naudojamos transporto priemonėse, jų dizaino koncepcija turėtų būti pasiekta &, ekologiško perdirbimo&", tai yra, jas galima išardyti, kad įvairias medžiagas būtų galima pakartotinai naudoti, perdirbti arba saugiai utilizuoti nesukeliant jokios taršos aplinkai.

7. Standartai ir specifikacijos

Per dešimtmečius atsirado specifikacijų ir standartų, kurie buvo palaipsniui tobulinami, siekiant prisitaikyti prie beveik visų akumuliatorių, įskaitant transporto priemonių SLI baterijas, veikimo ir saugumo. Kita vertus, kai kurių šalių ar regionų teisės aktuose gali būti remiamasi standartais, kai sprendžiami tam tikri reikalavimai, kurie paprastai turi tiesioginį poveikį bendruomenės ir aplinkos saugai ir sveikatai. Jungtinių Valstijų pažangių akumuliatorių aljansas (USABC) parengė JAV energetikos departamento (DoE) akumuliatorių bandymo vadovą (2 peržiūra).

8. Baterijų perdirbimas

Šiuo metu įmonė, turinti tam tikrą jėgą perdirbti ličio jonų baterijas.

Aukščiau aprašyta, kad kai kurios didelės įmonės aktyviai dalyvauja nustatytame pramoninio masto ličio jonų baterijų perdirbimo procese. Besivystančios perdirbimo pramonės perdirbimo pajėgumai per ateinančius 7–10 metų padidės mažiausiai penkis kartus.

9. Išvados ir perspektyvos

Šiame straipsnyje apibendrinami kai kurie švino rūgšties SLI akumuliatorių pakeitimo ličio jonų SLI akumuliatoriais veiksniai, kurie bus laipsniškas procesas per ateinančius kelerius metus. Plačiai naudojant atsinaujinančios energijos sistemos saugyklą, švino rūgšties akumuliatorių naudojimas ir toliau augs, o ličio jonų SLI akumuliatoriai daugiausia dėmesio bus skiriami vidutinės ir aukščiausios klasės ICE transporto priemonėms, esančioms Europoje. kurie yra Azijoje ir JAV. Daugeliui mažų ir pigių ICE transporto priemonių švino rūgšties SLI baterija ir toliau bus naudojama, nes akumuliatoriaus keitimo kaina visada bus lemiamas veiksnys. Be to, pasaulinė vartotojų rinka padidins&", žiedinės ekonomikos &" naudojimą; produktus, kurie bus skirti aplinkos atliekų mažinimui, tuo pačiu didinant žaliavų perdirbimą. Nors ličio jonų baterijų perdirbimas dar tik prasideda, Kinija, Japonija ir kitos šalys jau ėmėsi svarbių iniciatyvų. JAV, Australija ir Europos šalys pademonstravo naujas ličio jonų baterijų perdirbimo funkcijas. Šie perdirbimo procesai vyks per ateinančius penkerius penkerius metus. Tobulas per dešimt metų.