Анализа изгледа литијумских батерија које замењују оловну киселину у пољу аутомобилских батерија

Оловне батерије су тренутно главни извор напајања СЛИ у моторним возилима, а такође су добиле и многе друге примене. Предности литијумских батерија као СЛИ уместо оловних батерија углавном леже у њиховом дужем веку трајања и већој густини енергије. У погледу сигурности, узимају се у обзир нови европски прописи о батеријама о употреби рестриктивних материјала у возилима, као и трошкови, дизајн и спецификације испитивања. Такође се узимају у обзир животни циклус и рециклажа две батерије.

1. Замена батерије

Током година, хемијски и производни стандарди оловно-киселих батерија прилагођавали су се новим захтевима за снагом и изазовима релативно брзо прилагођавањем адитива и побољшањем постојећих производних процеса, уместо да покушавају да редизајнирају потпуно нови систем батерија. Шездесетих година животни век оловне киселинске СЛИ батерије био је око 3 године, а до 2015. године, како се повећавају захтеви за снагом и применом, батерија може трајати и пет година или више.

Оловне киселине задржале су тржишни удео, углавном зато што могу да задовоље високу струју потребну за хладно покретање ИЦЕ-а, трајност циклуса при високим температурама, релативно високу сигурност и релативно ниске трошкове. Ако планирате да учествујете на овом тржишту, то су изазови са којима се мора суочити било која нова технологија батерија. Последњих година стабилност литијумских батерија у погледу хемије и производње је знатно побољшана, трошкови су континуирано смањени, а перформансе континуирано побољшаване. У ширем смислу, у поређењу са оловно-киселинским батеријама, тренутне главне предности литијум-јонских СЛИ батерија су њихова велика густина енергије и дуг животни век.

Литијум-јонске СЛИ батерије имају сличне перформансе као и постојеће СЛИ батерије са оловним киселинама, а уведени су и додатни тестови за процену стабилности литијум-јонских СЛИ батерија. Укључујући строге мере безбедности, као што су заштита од прекомерног пуњења, испитивања уништавања или пробијања, континуирано пражњење и пуњење на ниским температурама и процена утицаја таложења литијума.

2. Сигурносни дизајн литијум-јонске батерије

Главни изазов у ​​развоју литијум-јонских СЛИ батерија је колико је батерија безбедна у условима злоупотребе или старења и да ли ће доћи до термичког бекства. Проведена су многа испитивања да би се спречила ова ситуација, али нису све ситуације предвидиве. Како је несрећа проузроковала прекомерну штету у унутрашњости возила, што може проузроковати изгарање акумулатора услед спољних или унутрашњих пожара, предузете мере предострожности осигураће да оштећена батерија даље не изазива варнице, смањујући тако ширење ватре након незгода. Поред тога, јединствени фактор батерије је унутрашњи кратки спој (ИСЦ) који може настати услед старења. Неки уобичајени услови, попут стварања литијумових дендрита, продиру у мембрану да би изазвали кратки спој, због чега се дијафрагма смањује услед топлоте и узрокује кратки спој велике површине. Још један изазов за стандардизовано испитивање батерија је да спољна структура литијум-јонских батерија може бити цилиндрична, кесаста (мекана) или квадратна. Стога сваки тип батерије захтева другачији поступак механичког испитивања. Ове технике се могу користити за усмеравање разумевања повезаности између испитивања безбедности и литијум-јонских СЛИ батерија.

3. Дизајн СЛИ батерије

У дизајну СЛИ батерија постоји велики избор материјала за електроде и комбинација батерија. Међутим, када је укупни напон акумулатора ограничен на типичних 12 В, у овом случају је могуће заменити постојећу оловно-киселу батерију. Тренутно само неколико батерија повезаних у серију може постићи тачан напон батерије.

Поред захтева за постизањем напона батерије близу 12В, морају се узети у обзир и други фактори као што је лака доступност на потрошачком тржишту. У поређењу са стандардним оловно-киселинским батеријама, ови материјали могу направити трошковно конкурентне СЛИ батерије. Катодни материјали литијум-јонских батерија могу се поделити на слојевите, шпинелне и оливинске врсте. Анодни материјал је углавном угљеник. Поред разматрања компатибилности катодних и анодних материјала како би се обезбедио исправан напон и капацитет батерије, прва од литијум-јонских батерија Три важне компоненте су њен електролит. За већину комерцијалних батерија користе се органски течни електролити заједно са растворљивим литијумовим солима, које могу обезбедити потребну проводљивост литијум-јона. Најчешћа сол која се тренутно користи је ЛиПФ6.

У БЕВ-у, 12 В литијум-јонска СЛИ батерија може се користити за одржавање уграђеног електронског система возила [ГГ] # 39 када возило не вози. Употреба оловних СЛИ батерија у овој апликацији није идеална јер су обично пројектоване за велике снаге и нису нужно погодне за сценарије примене дубоког пражњења. С тим у вези, литијум-јонске СЛИ батерије само надокнађују недостатке оловно-киселинских СЛИ батерија.

4. Дизајн баланса батерије и система за управљање батеријама (БМС)

За разлику од оловних СЛИ батерија, изазов за технологију литијум-јонских батерија је тај што имају високу ефикасност пуњења близу 95% и морају радити стриктно у оквиру напона акумулатора. Када се литијум-јонске батерије монтирају у серију и напуне, лако могу да однесу изван прозора напона акумулатора, активни материјал може почети да доживљава неповратне фазне промене, а електролит може да почне да се распада. То заузврат повећава унутрашњи отпор батерије, повећавајући тако дебалансни ефекат батерије. Стога су управљање батеријама и надгледање појединачних батерија постали стандардна пракса за литијум-јонске модуле и они су обично уграђени у кућиште кутије за батерије. На тржишту постоји велики број БМС система, од којих су многи прилагођени специфичним хемикалијама литијум-јонских батерија. Најједноставнији и најисплативији начин пуњења је ограничити пуњење серијског пакета батерија. Бољи метод је омогућавање прерасподеле енергије између батерија када батерија достигне горњу границу напона, спречавајући прекомерно пуњење једне батерије и изазивајући безбедносне проблеме.

5. Трошкови батерије

У поређењу са постојећим технологијама, један од главних изазова литијум-јонских СЛИ батерија је пружање потрошачима конкурентне цене. Истраживачи вредно раде на проучавању питања ланца вредности у производњи литијум-јонских батерија. Тренутно се сматра да готово 60% трошкова батерија чине неактивни материјали као што су колектори струје, сепаратори и кућишта батерија. Додатни трошак долази од чврсте електролитне интерфазе (СЕИ). ) Време и енергија потрошени у процесу формирања.

6. Политике и законодавство

Главне покретаче технологије обично прате одређене националне и међународне политике повезане са здрављем и сигурношћу, праћене законодавством. То обично укључује употребу одређених хемикалија или хемијских додатака који се сматрају штетним за људе и животну средину. Нарочито када се ове штетне супстанце користе у возилима, њихов концепт дизајна треба да буде у стању да постигне [ГГ] „зелено рециклирање [ГГ]“, односно може се раставити тако да се различити материјали могу поново користити, рециклирати или сигурно одложити без изазивања загађења околине.

7. Стандарди и спецификације

Током деценија појавиле су се спецификације и стандарди који су се постепено развијали како би се прилагодили перформансама и сигурности готово свих апликација батерија, укључујући СЛИ батерије за возила. С друге стране, закони одређених земаља или региона могу се позивати на стандарде када се баве одређеним захтевима који обично имају директан утицај на безбедност и здравље заједнице и животне средине. Сједињене Америчке Државе Адванцед Баттери Аллианце (УСАБЦ) саставио је приручник за тестирање батерија (Ревизија 2) за америчко Министарство енергетике (ДоЕ).

8. Рециклирање батерија

Тренутно компанија са одређеном снагом у рециклажи литијум-јонских батерија.

Горе наведено резимира да неке велике компаније активно учествују у успостављеном процесу рециклаже литијум-јонских батерија у индустријским размерама. Капацитет рециклаже нове рециклажне индустрије повећаће се најмање пет пута у наредних 7 до 10 година.

9. Закључци и изгледи

Овај чланак резимира неке факторе замене оловно-киселих СЛИ батерија литијум-јонским СЛИ батеријама, што ће бити постепен процес у наредних неколико година. Уз масовну употребу система за складиштење обновљивих извора енергије, употреба оловних батерија ће и даље расти, а фокус литијум-јонских СЛИ батерија користиће се у средњим и високим ИЦЕ возилима смештеним у Европи, неке од њих који су у Азији и Сједињеним Државама. За многа мала и јефтина ИЦЕ возила и даље ће се користити оловна СЛИ батерија, јер ће трошкови замене батерије увек бити одлучујући фактор. Поред тога, глобално потрошачко тржиште повећаће употребу [ГГ] кружне економије [ГГ] куот; производа, који ће се фокусирати на смањење отпада у животној средини уз истовремено повећање рециклаже сировина. Иако је рециклирање литијум-јонских батерија још увек у повојима, Кина, Јапан и друге земље већ су спровеле велике иницијативе. Сједињене Државе, Аустралија и европске земље показале су нове функције рециклирања материјала у литијум-јонским батеријама. Ови процеси рециклаже одвијаће се у наредних пет до пет година. Савршено за десет година.