Horfur á greiningu á litíum rafhlöðum sem skipta um blýsýru á sviði bifreiðarafhlöður

Blýsýru rafhlöður eru nú aðalaflsgjafi SLI í vélknúnum ökutækjum og þeim hefur einnig verið veitt mörg önnur forrit. Kostir litíum rafhlöður sem SLI rafhlöður í stað blýsýru rafgeyma liggja aðallega í lengri líftíma þeirra og meiri orkuþéttleika. Að því er varðar öryggi er litið til nýrra evrópskra rafhlöðureglna um notkun takmarkandi efna í ökutækjum sem og kostnaðar-, hönnunar- og prófunarlýsinga. Lífsferill og endurvinnsla rafhlaðanna tveggja er einnig tekin til greina.

1. Skipta um rafhlöðu

Í gegnum árin hefur efnafræði og framleiðslustaðlar blýsýru rafgeyma verið aðlagaðir að nýjum aflþörf og krefjast tiltölulega fljótt með því að laga aukaefni og bæta núverandi framleiðsluferli, frekar en að reyna að endurhanna alveg nýtt rafhlöðukerfi. Á sjöunda áratug síðustu aldar var endingartími blýsýru SLI rafhlöðu um það bil 3 ár og árið 2015, þar sem afl- og notkunarþörf eykst, getur rafhlaðan endað í allt að fimm ár eða meira.

Blýsýru rafhlöður hafa haldið markaðshlutdeild, aðallega vegna þess að þær geta uppfyllt þann mikla straum sem krafist er fyrir kalt ICE gangsetningu, endingu háhitahringrásar, tiltölulega mikið öryggi og tiltölulega litinn kostnað. Ef þú ætlar að taka þátt í þessum markaði, þá eru þetta áskoranirnar sem öll ný rafhlöðutækni verður að takast á við. Undanfarin ár hefur stöðugleiki litíum rafhlöður hvað varðar efnafræði og framleiðslu verið verulega bættur, kostnaður hefur stöðugt verið lækkaður og árangur hefur stöðugt verið bætt. Í víðari skilningi, samanborið við blýsýru rafhlöður, eru núverandi helstu kostir litíumjóna SLI rafhlöður há orkuþéttleiki þeirra og langur líftími.

Lithium-ion SLI rafhlöður hafa svipaða afköst og núverandi blýsýru SLI rafhlöður og viðbótarprófanir hafa verið kynntar til að meta stöðugleika litíumjóna SLI rafhlöður. Þar á meðal strangar öryggisráðstafanir, svo sem ofhleðsluvörn, eyðingarprófanir á mylla eða götun, stöðug losun og hleðsla við lágan hita og mat á áhrifum litíumfellingar.

2. Öryggishönnun litíumjónarafhlöðu

Helsta áskorunin í þróun litíumjóna SLI rafhlöður er hversu örugg rafhlaðan er við ofbeldi eða öldrun og hvort hitauppstreymi muni eiga sér stað. Margar prófanir hafa verið gerðar til að koma í veg fyrir þessar aðstæður en ekki eru allar aðstæður fyrirsjáanlegar. Þar sem slysið olli óhóflegu tjóni á innri ökutækinu, sem getur valdið því að rafhlaðan brennist vegna ytri eða innri bruna, munu varúðarráðstafanirnar tryggja að skemmda rafhlaðan muni ekki valda frekari neistaflugum og dregur þannig úr eldsútbreiðslu slys. Að auki er sérstakur þáttur rafhlöðunnar innri skammhlaup (ISC) sem getur komið fram vegna öldrunar þess. Nokkrar algengar aðstæður, svo sem myndun litíum-dendríta, komast í gegnum þindina til að valda skammhlaupi, sem veldur því að þindinn dregst saman vegna hita og veldur skammhlaupi á stóru svæði. Önnur áskorun við staðlaða prófun rafhlöðu er að ytri uppbygging litíumjónarafhlöður getur verið sívalur, poki (mjúkur pakki) eða ferningur. Þess vegna krefst hver rafhlöðugerð annarrar vélrænni prófunaraðferðar. Þessar aðferðir er hægt að nota til að leiðbeina skilningi á fylgni öryggisprófa og litíumjónar SLI rafhlöður.

3. SLI rafhlöðuhönnun

Í hönnun SLI rafgeyma er hægt að velja úr ýmsum rafskautsefnum og rafhlöðusamsetningum. En þegar heildarrafhlaða rafhlöðunnar er takmörkuð við dæmigerðan 12V er mögulegt að skipta um núverandi blýsýru rafhlöðu í þessu tilfelli. Eins og er geta aðeins nokkrar rafhlöður sem eru tengdar í röð náð réttri rafhlöðuspennu.

Til viðbótar kröfunni um að fá rafhlöðuspennu nálægt 12V þarf að huga að öðrum þáttum eins og auðvelt framboð á neytendamarkaði. Í samanburði við venjulegar blýsýru rafhlöður geta þessi efni gert SLI rafhlöður sem eru samkeppnishæfar. Hægt er að skipta bakskautaefnum litíumjóna rafgeyma í lagskipt, spínel og ólivín gerð. Anóða efnið er aðallega kolefni. Auk þess að íhuga samhæfni bakskauta og rafskautaefna til að veita rétta rafgeymisspennu og aflgetu, þá er fyrsti litíumjónarafhlaðan. Þrír mikilvægu þættirnir eru raflausn hennar. Fyrir flestar rafhlöður í atvinnuskyni eru lífræn vökvakerfi notuð ásamt leysanlegu litíumsöltum, sem geta veitt nauðsynlega litíumjónleiðni. Algengasta saltið sem nú er notað er LiPF6.

Í BEV er hægt að nota 12 V litíumjóna SLI rafhlöðu til að viðhalda ökutækinu' rafeindakerfi um borð þegar ökutækið er ekki að keyra. Notkun blýsýru SLI rafgeyma í þessu forriti er ekki tilvalin vegna þess að hún er venjulega hönnuð fyrir mikla afl og það er ekki endilega hentugur fyrir notkunarsviðin við djúpa lága straumlosun. Í þessu sambandi bæta litíumjónar SLI rafhlöður bara upp galla blýsýru SLI rafgeyma.

4. Hönnun á rafhlöðujafnvægi og rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS)

Ólíkt blýsýru SLI rafhlöðum er áskorunin fyrir litíumjónarafhlöðu tækni sú að þær hafa mikla hleðslu skilvirkni nálægt 95% og verða að vinna stranglega innan rafmagns spennugluggans. Þegar litíumjónarafhlöður eru settar saman í röð og hlaðnar geta þær auðveldlega rekið út fyrir rafhlöðuspennugluggann, virka efnið getur byrjað að verða fyrir óafturkræfum fasa breytingum og raflausnin getur byrjað að brotna niður. Þetta eykur aftur á móti innri viðnám rafhlöðunnar og eykur þar með ójafnvægisáhrif rafhlöðunnar. Þess vegna er rafhlöðustjórnun og eftirlit með einstökum rafhlöðupökkum orðin venjuleg venja fyrir litíumjónar einingar og þeir eru venjulega innbyggðir í rafgeymakassahúsið. Það er mikill fjöldi BMS kerfa á markaðnum, mörg þeirra eru sérsniðin fyrir tiltekin litíumjón rafhlöðuefni. Einfaldasta og hagkvæmasta hleðsluaðferðin er að takmarka hleðslu á rafhlöðupakkanum. Betri aðferð er að leyfa dreifingu orkunnar á milli rafhlöðnanna þegar rafhlaðan nær efri spennumörkum og kemur í veg fyrir að ein rafhlaða ofhlaðist og veldur öryggisvandamálum.

5. Kostnaður rafhlöðunnar

Í samanburði við núverandi tækni er ein helsta áskorunin með litíumjónar SLI rafhlöðum að veita neytendum samkeppnishæf verð. Vísindamenn vinna hörðum höndum að því að kanna gildi virðiskeðjunnar við framleiðslu á litíumjónarafhlöðum. Sem stendur er talið að tæp 60% af rafhlöðukostnaði sé samsett úr óvirkum efnum eins og núverandi safnara, skilju og rafhlöðuhlífum. Viðbótarkostnaðurinn kemur frá fasta raflausnafasa (SEI). ) Tíminn og orkan sem fer í myndunarferlið.

6. Stefnur og löggjöf

Helstu drifkraftar tækninnar fylgja venjulega ákveðnar innlendar og alþjóðlegar stefnur sem tengjast heilsu og öryggi og síðan fylgja lög. Þetta felur venjulega í sér notkun tiltekinna efna eða efnafræðilegra fylgihluta sem eru taldir skaðlegir mönnum og umhverfi. Sérstaklega þegar þessi skaðlegu efni eru notuð í farartækjum ætti hönnunarhugmynd þeirra að geta náð" grænum endurvinnslu" ;, það er, þau geta verið tekin í sundur svo að hægt sé að endurnýta ýmis efni, endurvinna eða farga á öruggan hátt af án þess að valda umhverfinu mengun.

7. Staðlar og forskriftir

Í áratugi hafa forskriftir og staðlar komið fram og þróast smám saman til að laga sig að afköstum og öryggi næstum allra rafhlöðuforrita, þ.mt SLI rafhlöður fyrir ökutæki. Á hinn bóginn getur löggjöf tiltekinna landa eða svæða vísað til staðla þegar verið er að takast á við ákveðnar kröfur sem venjulega hafa bein áhrif á öryggi og heilsu samfélagsins og umhverfið. Bandaríkin Advanced Battery Alliance (USABC) hafa tekið saman rafhlöðuprófunarhandbók (endurskoðun 2) fyrir bandaríska orkumálaráðuneytið (DoE).

8. Endurvinnsla rafgeyma

Sem stendur fyrirtæki með ákveðinn styrk í endurvinnslu litíumjóna rafhlöður.

Ofangreint dregur saman að nokkur stór fyrirtæki taka virkan þátt í staðfestu endurvinnsluferli litíumjóna rafhlaða í iðnaðarstíl. Endurvinnslugeta vaxandi endurvinnsluiðnaðar mun aukast að minnsta kosti fimm sinnum á næstu 7 til 10 árum.

9. Ályktanir og horfur

Þessi grein dregur saman nokkra þætti sem skipta um blýsýru SLI rafhlöður fyrir litíumjónar SLI rafhlöður, sem verða smám saman á næstu árum. Með mikilli notkun geymslu á endurnýjanlegu orkukerfi mun notkun blýsýru rafgeyma halda áfram að vaxa og áherslur litíumjónar SLI rafhlöður verða notaðar í meðal-til-hágæða ICE ökutæki staðsett í Evrópu, sum sem eru í Asíu og Bandaríkjunum. Í mörgum litlum og ódýrum ísbílum verður blýsýru SLI rafhlaðan áfram notuð, því kostnaðurinn við að skipta um rafhlöðu mun alltaf vera afgerandi þáttur. Að auki mun alþjóðlegur neytendamarkaður auka notkun" hringlaga hagkerfi" vörur, sem munu einbeita sér að því að draga úr umhverfisúrgangi en auka endurvinnslu hráefna. Þrátt fyrir að endurvinnsla á litíumjónarafhlöðum sé enn á byrjunarstigi hafa Kína, Japan og önnur lönd þegar staðið fyrir stórum verkefnum. Bandaríkin, Ástralía og Evrópu hafa öll sýnt fram á nýja virkni endurvinnsluefna í litíumjónarafhlöðum. Þessi endurvinnsluferli munu eiga sér stað á næstu fimm til fimm árum. Fullkomin á tíu árum.