Prospek Analisis Bateri Lithium Menggantikan Asid Plumbum dalam Bidang Bateri Automotif

Bateri asid plumbum kini merupakan sumber kuasa utama untuk SLI dalam kenderaan bermotor, dan mereka juga telah diberikan banyak aplikasi lain. Kelebihan bateri litium sebagai bateri SLI dan bukannya bateri asid plumbum terutamanya terletak pada kehidupan mereka yang lebih lama dan kepadatan tenaga yang lebih tinggi. Dari segi keselamatan, peraturan bateri Eropah yang baru mengenai penggunaan bahan-bahan terhad dalam kenderaan dipertimbangkan, serta kos, reka bentuk dan spesifikasi ujian. Kitaran hayat dan kitar semula kedua-dua bateri juga diambil kira.

1. Penggantian bateri

Selama bertahun-tahun, piawaian kimia dan pembuatan bateri asid plumbum telah disesuaikan dengan keperluan kuasa baru dan cabaran yang agak cepat dengan menyesuaikan bahan tambahan dan memperbaiki proses pembuatan yang sedia ada, bukannya cuba untuk mereka bentuk semula sistem bateri yang baru. Pada tahun 1960-an, hayat perkhidmatan bateri SLI asid plumbum adalah kira-kira 3 tahun, dan menjelang 2015, apabila keperluan kuasa dan aplikasi meningkat, bateri mungkin bertahan selama lima tahun atau lebih.

Bateri asid plumbum telah mengekalkan bahagian pasaran, terutamanya kerana mereka dapat memenuhi arus tinggi yang diperlukan untuk permulaan ICE sejuk, ketahanan kitaran suhu tinggi, keselamatan yang agak tinggi, dan kos yang agak rendah. Jika anda bercadang untuk mengambil bahagian dalam pasaran ini, maka ini adalah cabaran yang perlu dihadapi oleh mana-mana teknologi bateri baru. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kestabilan bateri litium dari segi kimia dan pembuatan telah bertambah baik dengan ketara, kos telah dikurangkan secara berterusan, dan prestasi telah terus dipertingkatkan. Dalam erti kata yang lebih luas, berbanding dengan bateri asid plumbum, kelebihan utama bateri SLI litium-ion semasa adalah kepadatan tenaga yang tinggi dan kehidupan yang panjang.

Bateri Lithium-ion SLI mempunyai prestasi yang sama dengan bateri SLI asid plumbum sedia ada, dan ujian tambahan telah diperkenalkan untuk menilai kestabilan bateri SLI litium-ion. Termasuk langkah-langkah keselamatan yang ketat, seperti perlindungan berlebihan, menghancurkan atau puncture jenis ujian pemusnahan, pelepasan suhu rendah dan pengecasan berterusan, dan penilaian kesan pemendapan litium.

2. Reka bentuk keselamatan bateri litium-ion

Cabaran utama dalam pembangunan bateri litium-ion SLI adalah betapa selamatnya bateri di bawah keadaan penyalahgunaan atau penuaan, dan sama ada larian haba akan berlaku. Banyak ujian telah dijalankan untuk mencegah keadaan ini, tetapi tidak semua situasi diramalkan. Oleh kerana kemalangan itu menyebabkan kerosakan berlebihan pada bahagian dalam kenderaan, yang boleh menyebabkan bateri terbakar akibat kebakaran luaran atau dalaman, langkah berjaga-jaga yang diambil akan memastikan bateri yang rosak tidak akan menyebabkan percikan api, dengan itu mengurangkan penyebaran api selepas kemalangan. Di samping itu, faktor unik bateri adalah litar pintas dalaman (ISC) yang mungkin berlaku kerana penuaannya. Beberapa keadaan biasa, seperti pembentukan dendrites litium, menembusi diafragm untuk menyebabkan litar pintas, yang menyebabkan diafrasme mengecut kerana haba dan menyebabkan litar pintas kawasan besar. Satu lagi cabaran untuk ujian bateri standard adalah bahawa struktur luar bateri litium-ion boleh silindrik, pau (pek lembut) atau persegi. Oleh itu, setiap jenis bateri memerlukan prosedur ujian mekanikal yang berbeza. Teknik-teknik ini boleh digunakan untuk membimbing pemahaman korelasi antara ujian keselamatan dan bateri SLI litium-ion.

3. Reka bentuk bateri SLI

Dalam reka bentuk bateri SLI, terdapat pelbagai bahan elektrod dan kombinasi bateri untuk dipilih. Walau bagaimanapun, apabila voltan bateri keseluruhan terhad kepada 12V biasa, adalah mungkin untuk menggantikan bateri asid plumbum sedia ada dalam kes ini. Pada masa ini, hanya beberapa bateri yang disambungkan dalam siri boleh mencapai voltan bateri yang betul.

Sebagai tambahan kepada keperluan untuk mendapatkan voltan bateri berhampiran dengan 12V, faktor lain seperti ketersediaan mudah dalam pasaran pengguna perlu dipertimbangkan. Berbanding dengan bateri asid plumbum standard, bahan-bahan ini boleh membuat bateri SLI yang kompetitif kos. Bahan-bahan katod bateri litium-ion boleh dibahagikan kepada jenis berlapis, tulang belakang dan olivine. Bahan anod terutamanya karbon. Di samping mempertimbangkan keserasian bahan katod dan anod untuk menyediakan voltan bateri yang betul dan kapasiti kuasa, bateri pertama litium-ion Tiga komponen penting adalah elektrolitnya. Bagi kebanyakan bateri komersial, elektrolit cecair organik digunakan bersama-sama dengan garam litium larut, yang boleh memberikan kekonduksian litium ion yang diperlukan. Garam yang paling biasa yang kini digunakan ialah LiPF6.

Di BEV, bateri litium-ion SLI 12 V boleh digunakan untuk mengekalkan sistem elektronik kenderaan di atas kapal apabila kenderaan tidak memandu. Penggunaan bateri SLI asid plumbum dalam aplikasi ini tidak ideal kerana ia biasanya direka untuk kuasa tinggi dan Ia tidak semestinya sesuai untuk senario aplikasi pelepasan semasa rendah yang mendalam. Dalam hal ini, bateri SLI litium-ion hanya membentuk kekurangan bateri SLI asid plumbum.

4. Reka bentuk baki bateri dan sistem pengurusan bateri (BMS)

Tidak seperti bateri SLI asid plumbum, cabaran untuk teknologi bateri litium-ion adalah bahawa mereka mempunyai kecekapan mengecas semula yang tinggi hampir 95% dan mesti berfungsi dengan ketat dalam tetingkap voltan bateri. Apabila bateri litium-ion dipasang dalam siri dan dicas, mereka boleh dengan mudah hanyut di luar tetingkap voltan bateri, bahan aktif mungkin mula mengalami perubahan fasa yang tidak dapat dipulihkan, dan elektrolit mungkin mula terputus. Ini seterusnya meningkatkan rintangan dalaman bateri, dengan itu meningkatkan kesan tidak seimbang bateri. Oleh itu, pengurusan bateri dan pemantauan pek bateri individu telah menjadi amalan standard untuk modul litium-ion, dan ia biasanya dibina ke dalam perumahan kotak bateri. Terdapat sebilangan besar sistem BMS di pasaran, kebanyakannya dibuat khusus untuk bahan kimia bateri litium-ion tertentu. Kaedah pengecasan yang paling mudah dan paling kos efektif adalah untuk mengehadkan pengecasan pek bateri siri. Kaedah yang lebih baik adalah untuk membolehkan pengagihan semula tenaga antara bateri apabila bateri mencapai had voltan atas, menghalang bateri tunggal daripada terlebih pengecasan dan menyebabkan isu-isu keselamatan.

5. Kos bateri

Berbanding dengan teknologi sedia ada, salah satu cabaran utama bateri litium-ion SLI adalah untuk menyediakan pengguna dengan harga yang kompetitif. Penyelidik sedang berusaha keras untuk mengkaji isu rantaian nilai dalam pembuatan bateri litium-ion. Pada masa ini, hampir 60% daripada kos bateri dianggap terdiri daripada bahan tidak aktif seperti pengumpul semasa, pemisah dan sarung bateri. Kos tambahan datang daripada interphase elektrolyte pepejal (SEI). ) Masa dan tenaga yang dibelanjakan dalam proses pembentukan.

6. Dasar dan perundangan

Pemacu utama teknologi biasanya disertai dengan dasar-dasar negara dan antarabangsa tertentu yang berkaitan dengan kesihatan dan keselamatan, diikuti oleh perundangan. Ini biasanya melibatkan penggunaan bahan kimia atau aksesori kimia tertentu yang dianggap berbahaya kepada manusia dan alam sekitar. Terutamanya apabila bahan-bahan berbahaya ini digunakan dalam kenderaan, konsep reka bentuk mereka harus dapat mencapai "kitar semula hijau", iaitu, mereka boleh dibongkar supaya pelbagai bahan boleh digunakan semula, dikitar semula atau dilupuskan dengan selamat tanpa menyebabkan sebarang pencemaran kepada alam sekitar.

7. Piawaian dan spesifikasi

Selama beberapa dekad, spesifikasi dan piawaian telah muncul dan secara beransur-ansur dibangunkan untuk menyesuaikan diri dengan prestasi dan keselamatan hampir semua aplikasi bateri, termasuk bateri SLI untuk kenderaan. Sebaliknya, undang-undang negara atau rantau tertentu boleh merujuk kepada piawaian apabila berurusan dengan keperluan tertentu yang biasanya memberi kesan langsung kepada keselamatan dan kesihatan masyarakat dan alam sekitar. Perikatan Bateri Lanjutan Amerika Syarikat (USABC) telah menyusun manual ujian bateri (Semakan 2) untuk Jabatan Tenaga Amerika Syarikat (DoE).

8. Kitar semula bateri

Pada masa ini sebuah syarikat dengan kekuatan tertentu dalam kitar semula bateri litium-ion.

Di atas meringkaskan bahawa beberapa syarikat besar secara aktif mengambil bahagian dalam proses kitar semula berskala industri bateri litium-ion. Kapasiti kitar semula industri kitar semula yang baru muncul akan meningkat sekurang-kurangnya lima kali ganda dalam tempoh 7 hingga 10 tahun akan datang.

9. Kesimpulan dan prospek

Artikel ini meringkaskan beberapa faktor menggantikan bateri SLI asid plumbum dengan bateri SLI litium-ion, yang akan menjadi proses beransur-ansur dalam beberapa tahun akan datang. Dengan penggunaan besar-besaran penyimpanan sistem tenaga boleh diperbaharui, penggunaan bateri asid plumbum akan terus berkembang, dan tumpuan bateri SLI litium-ion akan digunakan dalam kenderaan ICE pertengahan hingga mewah yang terletak di Eropah, yang sebahagiannya berada di Asia dan Amerika Syarikat. Bagi banyak kenderaan ICE kecil dan murah, bateri SLI asid plumbum akan terus digunakan, kerana kos menggantikan bateri akan sentiasa menjadi faktor penentu. Di samping itu, pasaran pengguna global akan meningkatkan penggunaan produk "ekonomi pekeliling", yang akan memberi tumpuan kepada mengurangkan sisa alam sekitar sambil meningkatkan kitar semula bahan mentah. Walaupun kitar semula bateri litium-ion masih di awal penubuhannya, China, Jepun dan negara-negara lain telah menjalankan inisiatif utama. Amerika Syarikat, Australia dan negara-negara Eropah semuanya menunjukkan fungsi baru bahan kitar semula dalam bateri litium-ion. Proses kitar semula ini akan berlangsung dalam tempoh lima hingga lima tahun akan datang. Sempurna dalam sepuluh tahun.