Analiza izgleda litijevih baterija koje zamjenjuju olovnu kiselinu na polju automobilskih baterija

Olovne baterije su trenutno glavni izvor napajanja SLI u motornim vozilima, a dobile su i mnoge druge primjene. Prednosti litijevih baterija kao SLI umjesto olovnih baterija uglavnom leže u njihovom dužem vijeku trajanja i većoj gustoći energije. U sigurnosnom smislu uzimaju se u obzir novi europski propisi o akumulatorima o uporabi restriktivnih materijala u vozilima, kao i troškovi, dizajn i specifikacije ispitivanja. Također se uzima u obzir životni ciklus i recikliranje dviju baterija.

1. Zamjena baterije

Tijekom godina, kemijski i proizvodni standardi olovnih baterija prilagođeni su novim zahtjevima za snagom i izazovima relativno brzo prilagođavanjem aditiva i poboljšanjem postojećih proizvodnih procesa, umjesto da pokušavaju redizajnirati potpuno novi sustav baterija. U 1960-ima životni vijek olovne SLI baterije bio je oko 3 godine, a do 2015., kako se povećavaju zahtjevi za snagom i primjenom, baterija može trajati i pet godina ili više.

Olovne baterije zadržale su tržišni udio, uglavnom zato što mogu zadovoljiti visoku struju potrebnu za hladno pokretanje ICE, trajnost ciklusa pri visokim temperaturama, relativno visoku sigurnost i relativno niske troškove. Ako planirate sudjelovati na ovom tržištu, to su izazovi s kojima se mora suočiti bilo koja nova tehnologija baterija. Posljednjih godina stabilnost litijevih baterija u kemijskom i proizvodnom smislu značajno je poboljšana, troškovi se kontinuirano smanjuju, a performanse kontinuirano poboljšavaju. U širem smislu, u usporedbi s olovno-kiselinskim baterijama, trenutne glavne prednosti litij-ionskih SLI baterija su njihova velika energetska gustoća i dug životni vijek.

Litij-ionske SLI baterije imaju slične performanse kao i postojeće olovno-kiselinske SLI baterije, a uvedeni su i dodatni testovi za procjenu stabilnosti litij-ionskih SLI baterija. Uključujući stroge sigurnosne mjere, poput zaštite od prekomjernog punjenja, ispitivanja uništavanja ili probijanja, kontinuirano pražnjenje i punjenje pri niskim temperaturama i procjenu utjecaja taloženja litija.

2. Sigurnosni dizajn litij-ionske baterije

Glavni izazov u razvoju litij-ionskih SLI baterija je koliko je baterija sigurna u uvjetima zlostavljanja ili starenja i hoće li doći do toplinskog odbjega. Provedena su mnoga ispitivanja kako bi se spriječila ova situacija, ali nisu sve situacije predvidive. Budući da je nesreća prouzročila pretjeranu štetu u unutrašnjosti vozila, što može uzrokovati izgaranje baterije zbog vanjskih ili unutarnjih požara, poduzete mjere predostrožnosti osigurat će da oštećena baterija dalje ne izaziva iskre, čime se smanjuje širenje vatre nakon nesreća. Osim toga, jedinstveni čimbenik baterije je unutarnji kratki spoj (ISC) koji se može dogoditi zbog starenja. Neki uobičajeni uvjeti, poput stvaranja litijevih dendrita, prodiru u dijafragmu i uzrokuju kratki spoj, zbog čega se dijafragma smanjuje zbog topline i uzrokuje kratki spoj na velikoj površini. Drugi izazov za standardizirano ispitivanje baterija je da vanjska struktura litij-ionskih baterija može biti cilindrična, vrećica (mekani paket) ili kvadratna. Stoga svaki tip baterije zahtijeva drugačiji postupak mehaničkog ispitivanja. Te se tehnike mogu koristiti za usmjeravanje razumijevanja korelacije između sigurnosnih ispitivanja i litij-ionskih SLI baterija.

3. Dizajn SLI baterije

U dizajnu SLI baterija možete izabrati razne elektrode i kombinacije baterija. Međutim, kada je ukupni napon akumulatora ograničen na tipičnih 12 V, u ovom je slučaju moguće zamijeniti postojeću olovnu bateriju. Trenutno samo nekoliko baterija spojenih u nizu može doseći ispravan napon akumulatora.

Pored zahtjeva za postizanjem napona akumulatora blizu 12V, moraju se uzeti u obzir i drugi čimbenici kao što je laka dostupnost na potrošačkom tržištu. U usporedbi sa standardnim olovno-kiselinskim baterijama, ovi materijali mogu napraviti troškovno konkurentne SLI baterije. Katodni materijali litij-ionskih baterija mogu se podijeliti na slojevite, spinelne i olivinske vrste. Anodni materijal je uglavnom ugljik. Uz razmatranje kompatibilnosti katodnih i anodnih materijala kako bi se osigurao ispravan napon i kapacitet baterije, prva od litij-ionskih baterija Tri su važne komponente njegov elektrolit. Za većinu komercijalnih baterija koriste se organski tekući elektroliti zajedno s topljivim litijevim solima, koje mogu osigurati potrebnu vodljivost litijevih iona. Najčešća sol koja se trenutno koristi je LiPF6.

U BEV-u, litij-ionska SLI baterija od 12 V može se koristiti za održavanje ugrađenog elektroničkog sustava vozila&# 39 kada vozilo ne vozi. Korištenje olovnih SLI baterija u ovoj aplikaciji nije idealno jer su obično dizajnirane za velike snage i nije nužno prikladno za scenarije primjene dubokog pražnjenja. S tim u vezi, litij-ionske SLI baterije samo nadoknađuju nedostatke olovno-kiselinskih SLI baterija.

4. Dizajn ravnoteže baterije i sustava upravljanja baterijama (BMS)

Za razliku od olovnih SLI baterija, izazov za tehnologiju litij-ionskih baterija je taj što imaju visoku učinkovitost punjenja blizu 95% i moraju raditi strogo unutar prozora napona akumulatora. Kad se litij-ionske baterije serijski sastave i napune, lako mogu odnijeti izvan prozora napona akumulatora, aktivni materijal može početi doživljavati nepovratne fazne promjene i elektrolit se može početi raspadati. To zauzvrat povećava unutarnji otpor baterije, povećavajući time učinak neravnoteže baterije. Stoga su upravljanje baterijama i nadgledanje pojedinih baterija postali standardna praksa za litij-ionske module i oni su obično ugrađeni u kućište kutije za baterije. Na tržištu postoji velik broj BMS sustava, od kojih su mnogi prilagođeni specifičnim kemikalijama litij-ionskih baterija. Najjednostavniji i najisplativiji način punjenja je ograničiti punjenje serijskog paketa baterija. Bolja metoda je omogućiti preraspodjelu energije između baterija nakon što baterija dosegne gornju granicu napona, sprječavajući prekomjerno punjenje jedne baterije i uzrokujući sigurnosne probleme.

5. Trošak baterije

U usporedbi s postojećim tehnologijama, jedan od glavnih izazova litij-ionskih SLI baterija je pružanje potrošačima konkurentne cijene. Istraživači naporno rade na proučavanju pitanja lanca vrijednosti u proizvodnji litij-ionskih baterija. Trenutno se smatra da gotovo 60% troškova baterija čine neaktivni materijali poput kolektora struje, separatora i kućišta baterija. Dodatni trošak dolazi od čvrste elektrolitne interfaze (SEI). ) Vrijeme i energija utrošeni u procesu formiranja.

6. Politike i zakonodavstvo

Glavne pokretače tehnologije obično prate određene nacionalne i međunarodne politike povezane sa zdravljem i sigurnošću, koje slijedi zakonodavstvo. To obično uključuje upotrebu određenih kemikalija ili kemijskih dodataka koji se smatraju štetnim za ljude i okoliš. Pogotovo kada se ove štetne tvari koriste u vozilima, njihov koncept dizajna trebao bi biti u stanju postići&„zeleno recikliranje &“, odnosno može se rastaviti tako da se različiti materijali mogu ponovno upotrijebiti, reciklirati ili sigurno odložiti bez izazivanja zagađenja okoliša.

7. Standardi i specifikacije

Tijekom desetljeća pojavile su se specifikacije i standardi koji se postupno razvijaju kako bi se prilagodili performansama i sigurnosti gotovo svih aplikacija baterija, uključujući SLI baterije za vozila. S druge strane, zakoni određenih zemalja ili regija mogu se pozivati ​​na standarde kada se bave određenim zahtjevima koji obično imaju izravan utjecaj na sigurnost i zdravlje zajednice i okoliša. Sjedinjene Američke Države Advanced Battery Alliance (USABC) sastavio je priručnik za ispitivanje baterija (Revizija 2) za američko Ministarstvo energetike (DoE).

8. Recikliranje baterija

Trenutno tvrtka s određenom snagom u recikliranju litij-ionskih baterija.

Navedeno sažima da neke velike tvrtke aktivno sudjeluju u uspostavljenom procesu recikliranja litij-ionskih baterija u industrijskim razmjerima. Kapacitet recikliranja nove reciklažne industrije povećat će se najmanje pet puta u sljedećih 7 do 10 godina.

9. Zaključci i izgledi

Ovaj članak sažima neke čimbenike zamjene olovnih SLI baterija litij-ionskim SLI baterijama, što će biti postupan proces u sljedećih nekoliko godina. Uz masovnu upotrebu sustava za pohranu obnovljivih izvora energije, uporaba olovnih baterija nastavit će rasti, a fokus litij-ionskih SLI baterija koristit će se u srednjim i visokim ICE vozilima smještenim u Europi, neke od njih koji su u Aziji i Sjedinjenim Državama. Za mnoga mala i jeftina ICE vozila i dalje će se upotrebljavati olovna SLI baterija, jer će trošak zamjene baterije uvijek biti odlučujući faktor. Uz to, globalno potrošačko tržište povećat će upotrebu&kružne ekonomije &; proizvoda, koji će se usredotočiti na smanjenje otpada iz okoliša uz istodobno povećanje recikliranja sirovina. Iako je recikliranje litij-ionskih baterija još uvijek u povojima, Kina, Japan i druge zemlje već su poduzele velike inicijative. Sjedinjene Države, Australija i europske zemlje pokazale su nove funkcije recikliranja materijala u litij-ionskim baterijama. Ovi procesi recikliranja odvijat će se u sljedećih pet do pet godina. Savršeno za deset godina.