Анализ на перспективите на литиеви батерии, заместващи оловните киселини в областта на автомобилните батерии

Понастоящем оловните акумулатори са основният източник на захранване за SLI в моторните превозни средства и те също са получили много други приложения. Предимствата на литиевите батерии като SLI вместо оловно-киселинните батерии се крият главно в по-дългия им живот и по-високата енергийна плътност. По отношение на безопасността се разглеждат новите европейски наредби за акумулаторите относно използването на ограничителни материали в превозните средства, както и разходите, дизайна и спецификациите за изпитване. Вземат се предвид и жизненият цикъл и рециклирането на двете батерии.

1. Подмяна на батерията

През годините химическите и производствените стандарти на оловно-киселинните батерии са адаптирани към новите изисквания за мощност и предизвикателства сравнително бързо чрез коригиране на добавките и подобряване на съществуващите производствени процеси, вместо да се опитват да препроектират напълно нова батерийна система. През 60-те години експлоатационният живот на оловно-киселинната SLI батерия е бил около 3 години, а до 2015 г., с увеличаване на изискванията за мощност и приложение, батерията може да издържи до пет години или повече.

Оловно-киселинните батерии поддържат пазарен дял, главно поради това, че могат да отговорят на високия ток, необходим за студено стартиране на ICE, дълготрайност на цикъла при висока температура, относително висока безопасност и относително ниска цена. Ако планирате да участвате на този пазар, това са предизвикателствата, с които трябва да се сблъска всяка нова технология на батериите. През последните години стабилността на литиевите батерии по отношение на химията и производството е значително подобрена, цената непрекъснато намалява и производителността непрекъснато се подобрява. В по-широк смисъл, в сравнение с оловните батерии, настоящите основни предимства на литиево-йонните SLI батерии са тяхната висока енергийна плътност и дълъг живот.

Литиево-йонните SLI батерии имат подобни характеристики на съществуващите оловни SLI батерии и са въведени допълнителни тестове за оценка на стабилността на литиево-йонните SLI батерии. Включително стриктни мерки за безопасност, като защита срещу презареждане, тестове за разрушаване или пробиване, непрекъснато разреждане и зареждане при ниска температура и оценка на въздействието на отлагането на литий.

2. Дизайн за безопасност на литиево-йонна батерия

Основното предизвикателство при разработването на литиево-йонни SLI батерии е доколко батерията е безопасна при злоупотреба или стареене и дали ще настъпи термично избягване. Проведени са много тестове за предотвратяване на тази ситуация, но не всички ситуации са предвидими. Тъй като инцидентът е причинил прекомерни щети във вътрешността на превозното средство, което може да доведе до изгаряне на батерията поради външни или вътрешни пожари, взетите предпазни мерки ще гарантират, че повредената батерия допълнително няма да причинява искри, като по този начин намалява разпространението на огъня след злополука. Освен това уникален фактор на батерията е вътрешното късо съединение (ISC), което може да възникне поради нейното стареене. Някои често срещани състояния, като образуването на литиеви дендрити, проникват през диафрагмата, за да предизвикат късо съединение, което кара диафрагмата да се свива поради топлина и да причинява късо съединение с голяма площ. Друго предизвикателство за стандартизирано тестване на батериите е, че външната структура на литиево-йонните батерии може да бъде цилиндрична, торбичка (мека опаковка) или квадратна. Следователно всеки тип батерия изисква различна механична процедура за изпитване. Тези техники могат да се използват за насочване на разбирането на връзката между тестовете за безопасност и литиево-йонните SLI батерии.

3. Дизайн на SLI батерията

В дизайна на SLI батериите има разнообразие от електродни материали и комбинации от батерии, от които можете да избирате. Въпреки това, когато общото напрежение на батерията е ограничено до типичните 12V, в този случай е възможно да се замени съществуващата оловно-киселинна батерия. Понастоящем само няколко батерии, свързани последователно, могат да достигнат правилното напрежение на батерията.

В допълнение към изискването за получаване на напрежение на батерията, близко до 12V, трябва да се имат предвид и други фактори, като например лесната наличност на потребителския пазар. В сравнение със стандартните оловно-киселинни батерии, тези материали могат да направят конкурентни SLI батерии. Катодните материали на литиево-йонните батерии могат да бъдат разделени на слоести, шпинелни и оливинови видове. Анодният материал е предимно въглерод. В допълнение към разглеждането на съвместимостта на катодни и анодни материали за осигуряване на правилното напрежение и капацитет на батерията, първата от литиево-йонните батерии Трите важни компонента са нейният електролит. За повечето търговски батерии се използват органични течни електролити заедно с разтворими литиеви соли, които могат да осигурят необходимата проводимост на литиеви йони. Най-често използваната в момента сол е LiPF6.

В BEV 12 V литиево-йонната SLI батерия може да се използва за поддържане на бордовата електронна система на автомобила' когато автомобилът не шофира. Използването на оловно-киселинни SLI батерии в това приложение не е идеално, тъй като обикновено е проектирано за висока мощност и не е непременно подходящо за сценариите на приложение при дълбоко разреждане с нисък ток. В това отношение литиево-йонните SLI батерии просто компенсират недостатъците на оловно-киселинните SLI батерии.

4. Проектиране на баланс на батерията и система за управление на батерията (BMS)

За разлика от оловно-киселинните SLI батерии, предизвикателството за технологията на литиево-йонните батерии е, че те имат висока ефективност на презареждане близо 95% и трябва да работят стриктно в рамките на прозореца на напрежението на батерията. Когато литиево-йонните батерии са сглобени последователно и заредени, те лесно могат да се отклонят извън прозореца на напрежението на батерията, активният материал може да започне да изпитва необратими фазови промени и електролитът да започне да се разлага. Това от своя страна увеличава вътрешното съпротивление на батерията, като по този начин увеличава ефекта на дисбаланс на батерията. Следователно управлението на батериите и мониторингът на отделните батерии са се превърнали в стандартни практики за литиево-йонни модули и те обикновено са вградени в корпуса на кутията на батерията. На пазара има голям брой BMS системи, много от които са специално създадени за специфични химикали от литиево-йонни батерии. Най-простият и рентабилен метод за зареждане е да се ограничи зареждането на серийния комплект батерии. По-добър метод е да се позволи преразпределението на енергията между батериите, след като батерията достигне горната граница на напрежението, предотвратявайки презареждането на една батерия и причинявайки проблеми с безопасността.

5. Цената на батерията

В сравнение със съществуващите технологии, едно от основните предизвикателства на литиево-йонните SLI батерии е да осигурят на потребителите конкурентна цена. Изследователите работят усилено, за да проучат проблемите с веригата на стойността при производството на литиево-йонни батерии. Понастоящем почти 60% от разходите за батериите се считат за съставени от неактивни материали като токови колектори, сепаратори и кожуси на батерии. Допълнителните разходи идват от твърда електролитна интерфаза (SEI). ) Времето и енергията, изразходвани в процеса на формиране.

6. Политики и законодателство

Основните двигатели на технологиите обикновено са придружени от определени национални и международни политики, свързани със здравето и безопасността, последвани от законодателство. Те обикновено включват използването на определени химикали или химически аксесоари, които се считат за вредни за хората и околната среда. Особено когато тези вредни вещества се използват в превозните средства, тяхната дизайнерска концепция трябва да може да постигне&„зелено рециклиране &“, тоест те могат да бъдат разглобени, за да могат различни материали да бъдат използвани повторно, рециклирани или безопасно изхвърляни без да причинява замърсяване на околната среда.

7. Стандарти и спецификации

През десетилетията се появиха и постепенно се разработиха спецификации и стандарти, за да се адаптират към производителността и безопасността на почти всички приложения на батерии, включително SLI батерии за превозни средства. От друга страна, законодателството на определени държави или региони може да се позовава на стандарти, когато се занимава с определени изисквания, които обикновено имат пряко въздействие върху безопасността и здравето на общността и околната среда. Американският алианс за напреднали батерии (USABC) е съставил наръчник за тестване на батерията (Ревизия 2) за Министерството на енергетиката на САЩ (DoE).

8. Рециклиране на батерията

В момента компания с определена сила в рециклирането на литиево-йонни батерии.

Горното обобщава, че някои големи компании участват активно в установения процес на рециклиране на литиево-йонни батерии в индустриален мащаб. Капацитетът за рециклиране на нововъзникващата рециклираща индустрия ще се увеличи най-малко пет пъти през следващите 7 до 10 години.

9. Заключения и перспективи

Тази статия обобщава някои фактори на замяната на оловни SLI батерии с литиево-йонни SLI батерии, което ще бъде постепенен процес през следващите няколко години. С масовото използване на система за съхранение на възобновяеми енергийни източници, използването на оловно-киселинни батерии ще продължи да нараства и фокусът на литиево-йонните SLI батерии ще бъде използван в ICE превозни средства от среден до висок клас, разположени в Европа, някои от които са в Азия и САЩ. За много малки и евтини ICE автомобили оловно-киселинната SLI батерия ще продължи да се използва, тъй като разходите за подмяна на батерията винаги ще бъдат решаващият фактор. В допълнение, глобалният потребителски пазар ще увеличи използването на&"; кръгова икономика &"; продукти, които ще се съсредоточат върху намаляването на отпадъците от околната среда, като същевременно ще увеличат рециклирането на суровини. Въпреки че рециклирането на литиево-йонни батерии все още е в зародиш, Китай, Япония и други страни вече са предприели големи инициативи. Съединените щати, Австралия и европейските страни демонстрираха новите функции за рециклиране на материали в литиево-йонни батерии. Тези процеси на рециклиране ще се осъществят през следващите пет до пет години. Перфектно след десет години.