Avtomobil akkumulyatorlari sohasida qo'rg'oshin-kislota o'rnini bosadigan lityum batareyalarni istiqbolli tahlili

Qo'rg'oshinli akkumulyatorlar hozirgi vaqtda avtotransport vositalarida SLI uchun asosiy quvvat manbai bo'lib, ularga ko'plab boshqa dasturlar ham berilgan. Lityum batareyalarning qo'rg'oshinli akkumulyatorlar o'rniga SLI batareyalari kabi afzalliklari asosan ularning uzoqroq ishlashida va yuqori energiya zichligida yotadi. Xavfsizlik nuqtai nazaridan avtoulovlarda cheklov materiallaridan foydalanish bo'yicha yangi Evropa batareyasi qoidalari, shuningdek narx, dizayn va sinov xususiyatlari ko'rib chiqiladi. Ikkala batareyaning hayot aylanishi va qayta ishlanishi ham hisobga olinadi.

1. Batareyani almashtirish

Ko'p yillar davomida qo'rg'oshinli akkumulyator batareyalari kimyosi va ishlab chiqarish standartlari butunlay yangi batareyalar tizimini qayta ishlab chiqishga emas, balki qo'shimchalarni sozlash va mavjud ishlab chiqarish jarayonlarini takomillashtirish orqali yangi quvvat talablariga moslashtirildi va qiyinchiliklarga duch keldi. 1960-yillarda qo'rg'oshin kislotali SLI batareyasining ishlash muddati taxminan 3 yilni tashkil etdi va 2015 yilga kelib, quvvat va dastur talablari oshgani sayin, akkumulyator besh yil yoki undan ko'proq vaqt xizmat qilishi mumkin.

Qo'rg'oshinli akkumulyatorlar, asosan, sovuq ICEni ishga tushirish uchun zarur bo'lgan yuqori oqimga, yuqori haroratli tsiklning chidamliligiga, nisbatan yuqori xavfsizlikka va nisbatan arzon narxlarga javob berishi mumkinligi sababli bozor ulushini saqlab qoldi. Agar siz ushbu bozorda ishtirok etishni rejalashtirmoqchi bo'lsangiz, unda har qanday yangi batareyalar texnologiyasi duch kelishi kerak bo'lgan muammolar. So'nggi yillarda lityum batareyalarning kimyo va ishlab chiqarish bo'yicha barqarorligi sezilarli darajada yaxshilandi, xarajatlar doimiy ravishda pasaytirildi va ishlash doimiy ravishda yaxshilandi. Keng ma'noda, qo'rg'oshin-akkumulyator batareyalari bilan taqqoslaganda, lityum-ionli SLI batareyalarining hozirgi asosiy afzalliklari ularning yuqori energiya zichligi va uzoq umr ko'rishidir.

Lityum-ionli SLI batareyalari mavjud qo'rg'oshinli SLI batareyalariga o'xshash ishlashga ega va litiy-ionli SLI batareyalarining barqarorligini baholash uchun qo'shimcha sinovlar o'tkazildi. Haddan tashqari zaryaddan himoya qilish, maydalash yoki ponksiyon turini yo'q qilish sinovlari, past haroratni doimiy ravishda zaryadlash va zaryadlash va lityum qatlamining ta'sirini baholash kabi qattiq xavfsizlik choralarini o'z ichiga oladi.

2. Lityum-ionli batareyaning xavfsizligi dizayni

Lityum-ionli SLI batareyalarini ishlab chiqishdagi asosiy muammo, batareyani suiiste'mol qilish yoki qarish sharoitida qanchalik xavfsizligi va termal qochqin paydo bo'lishi. Ushbu holatni oldini olish uchun ko'plab testlar o'tkazildi, ammo hamma vaziyatlarni oldindan aytish mumkin emas. Baxtsiz hodisa transport vositasining ichki qismiga haddan ziyod shikast etkazganligi sababli tashqi yoki ichki yong'inlar natijasida batareyaning yonib ketishiga olib kelishi mumkinligi sababli, ko'rilgan choralar shikastlangan batareyaning yanada uchqun chiqishiga yo'l qo'ymaydi va shu bilan olovdan keyin olov tarqalishini kamaytiradi. baxtsiz hodisa. Bundan tashqari, batareyaning o'ziga xos omili uning qarishi tufayli yuzaga kelishi mumkin bo'lgan ichki qisqa tutashuv (ISC). Lityum dendritlarning hosil bo'lishi kabi ba'zi umumiy holatlar diafragma ichiga kirib, qisqa tutashuvga olib keladi, bu esa issiqlik tufayli diafragmaning qisqarishiga va katta maydonning qisqa tutashuviga olib keladi. Batareyani standartlashtirishni sinovdan o'tkazish uchun yana bir muammo shundaki, lityum-ionli batareyalarning tashqi tuzilishi silindrsimon, sumka (yumshoq paket) yoki to'rtburchak bo'lishi mumkin. Shuning uchun har bir akkumulyator turi har xil mexanik sinov tartibini talab qiladi. Ushbu texnikadan xavfsizlik sinovlari va lityum-ion SLI batareyalari o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni tushunishda qo'llanilishi mumkin.

3. SLI batareyasining dizayni

SLI batareyalarini loyihalashda turli xil elektrod materiallari va batareyalar birikmalarini tanlash mumkin. Biroq, batareyaning umumiy kuchlanishi odatdagi 12V bilan cheklangan bo'lsa, bu holda mavjud bo'lgan qo'rg'oshin-akkumulyator batareyasini almashtirish mumkin. Hozirgi vaqtda ketma-ket ulangan bir nechta batareyalar batareyaning to'g'ri kuchlanishiga erisha oladi.

12 V ga yaqin batareyaning kuchlanishini olish talabidan tashqari, iste'mol bozorida osonlikcha mavjud bo'lishi kabi boshqa omillarni ham hisobga olish kerak. Standart qo'rg'oshin-akkumulyator batareyalari bilan taqqoslaganda, ushbu materiallar taniqli SLI batareyalarini ishlab chiqarishi mumkin. Lityum-ionli batareyalarning katod materiallarini qatlamli, shpinel va olivin turlariga bo'lish mumkin. Anot moddasi asosan ugleroddan iborat. Batareyaning to'g'ri kuchlanishi va quvvatini ta'minlash uchun katod va anod materiallarining mosligini ko'rib chiqishdan tashqari, birinchi lityum-ionli batareyalar Uch muhim tarkibiy qism uning elektrolitidir. Ko'pgina savdo akkumulyatorlari uchun organik suyuq elektrolitlar eruvchan lityum tuzlari bilan birgalikda ishlatiladi, bu esa zarur lityum ionlarining o'tkazuvchanligini ta'minlay oladi. Hozirda eng ko'p ishlatiladigan tuz LiPF6 hisoblanadi.

BEV-da, 12 V lityum-ionli SLI batareyasi transport vositasi boshqarilmaganda transport vositasining&# 39 bortidagi elektron tizimiga xizmat ko'rsatish uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu dasturda qo'rg'oshinli SLI batareyalaridan foydalanish ideal emas, chunki u odatda yuqori quvvat uchun mo'ljallangan va bu chuqur past oqim tushirish dastur stsenariylariga mos kelmaydi. Shu nuqtai nazardan, lityum-ionli SLI batareyalari shunchaki qo'rg'oshin kislotali SLI batareyalarining kamchiliklarini qoplaydi.

4. Batareya balansi va batareyani boshqarish tizimini loyihalash (BMS)

Qo'rg'oshin kislotali SLI batareyalaridan farqli o'laroq, lityum-ionli batareyalar texnologiyasining qiyinligi shundaki, ular zaryadlash samaradorligi 95% ga yaqin va batareyaning voltaj oynasida aniq ishlashi kerak. Lityum-ionli batareyalar ketma-ket yig'ilib, zaryadlanganda, ular akkumulyator voltaji oynasidan tashqarida osongina siljishi mumkin, faol material o'zgarmas fazaviy o'zgarishlarga duch kelishi va elektrolitlar parchalanishi mumkin. Bu o'z navbatida batareyaning ichki qarshiligini oshiradi va shu bilan batareyaning muvozanat ta'sirini oshiradi. Shuning uchun, batareyalarni boshqarish va alohida batareyalar paketlarini kuzatish lityum-ion modullari uchun odatiy amaliyotga aylandi va ular odatda batareyalar qutisi korpusiga o'rnatiladi. Bozorda juda ko'p miqdordagi BMS tizimlari mavjud, ularning aksariyati lityum-ionli akkumulyator kimyoviy moddalari uchun moslashtirilgan. Eng oddiy va tejamkor zaryadlash usuli - ketma-ket batareyalar to'plamini zaryadlashni cheklash. Batareyaning yuqori voltaj chegarasiga etganidan so'ng, batareyalar o'rtasida energiyani qayta taqsimlashga imkon berish, bitta batareyaning ortiqcha zaryadlanishiga yo'l qo'ymaslik va xavfsizlik muammolarini keltirib chiqaradigan eng yaxshi usul.

5. Batareyaning narxi

Mavjud texnologiyalar bilan taqqoslaganda, lityum-ionli SLI batareyalarining asosiy muammolaridan biri iste'molchilarga raqobatbardosh narxlarni taqdim etishdir. Tadqiqotchilar lityum-ionli batareyalarni ishlab chiqarishda qiymat zanjiri muammolarini o'rganish uchun ko'p ishlamoqdalar. Hozirgi vaqtda akkumulyator xarajatlarining deyarli 60% oqim kollektorlari, ajratgichlar va batareyalar korpuslari kabi faol bo'lmagan materiallardan iborat deb hisoblanadi. Qo'shimcha xarajatlar qattiq elektrolitlar interfeysi (SEI) dan kelib chiqadi. ) Shakllantirish jarayonida sarf qilingan vaqt va energiya.

6. Siyosatlar va qonunchilik

Texnologiyalarning asosiy qo'zg'atuvchilari, odatda, sog'liqni saqlash va xavfsizlik bilan bog'liq ayrim milliy va xalqaro siyosat, keyin esa qonunchilik bilan birga keladi. Ular, odatda, odamlar va atrof-muhit uchun zararli deb hisoblanadigan ba'zi kimyoviy moddalar yoki kimyoviy aksessuarlardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ayniqsa, ushbu zararli moddalar transport vositalarida ishlatilganda, ularning kontseptsiyasi" yashil rangda qayta ishlash" ga erishishi kerak, ya'ni ularni turli xil materiallar qayta ishlatilishi, qayta ishlanishi yoki xavfsiz joylashtirilishi uchun ularni qismlarga ajratish mumkin. atrof muhitni ifloslantirmasdan.

7. Standartlar va texnik shartlar

O'nlab yillar davomida deyarli barcha batareyalar dasturlari, shu jumladan transport vositalari uchun SLI batareyalarining ishlashi va xavfsizligiga moslashish uchun texnik xususiyatlar va standartlar paydo bo'ldi va asta-sekin rivojlanib bordi. Boshqa tomondan, ma'lum bir mamlakatlar yoki mintaqalar qonunchiligi odatda jamoat xavfsizligi va sog'lig'iga va atrof-muhitga bevosita ta'sir ko'rsatadigan ba'zi talablar bilan ishlashda standartlarga murojaat qilishi mumkin. Amerika Qo'shma Shtatlarining Kengaytirilgan Batareya Alyansi (USABC) AQSh Energetika vazirligi (DoE) uchun batareyalarni sinash bo'yicha qo'llanmani (Revision 2) tuzdi.

8. Batareyani qayta ishlash

Hozirgi vaqtda lityum-ionli batareyalarni qayta ishlashda ma'lum quvvatga ega kompaniya.

Yuqorida keltirilgan ba'zi yirik kompaniyalar lityum-ionli batareyalarni sanoat miqyosida qayta ishlash jarayonida faol ishtirok etayotganligi haqida xulosa qiladi. Rivojlanayotgan qayta ishlash sanoatining qayta ishlash quvvati kelgusi 7-10 yil ichida kamida besh marta ko'payadi.

9. Xulosa va istiqbollar

Ushbu maqolada qo'rg'oshinli SLI batareyalarini lityum-ionli SLI batareyalar bilan almashtirishning ba'zi bir omillari keltirilgan, bu keyingi bir necha yil ichida bosqichma-bosqich amalga oshiriladi. Qayta tiklanadigan energiya tizimini saqlashdan katta foydalanish bilan qo'rg'oshin-akkumulyator batareyalaridan foydalanish tobora o'sib boradi va litiy-ionli SLI akkumulyatorlari Evropada joylashgan o'rta va yuqori darajadagi ICE transport vositalarida ishlatiladi. Osiyo va Qo'shma Shtatlarda joylashgan. Ko'pgina kichik va arzon ICE transport vositalari uchun qo'rg'oshin kislotali SLI batareyasi ishlatishda davom etadi, chunki batareyani almashtirish narxi har doim hal qiluvchi omil bo'lib qoladi. Bundan tashqari, jahon iste'mol bozori" doiraviy iqtisodiyot" xom ashyoni qayta ishlashni ko'paytirish va atrof-muhit chiqindilarini kamaytirishga qaratilgan mahsulotlar. Lityum-ionli batareyalarni qayta ishlash hali boshlang'ich bosqichida bo'lsa ham, Xitoy, Yaponiya va boshqa mamlakatlar allaqachon katta tashabbuslarni amalga oshirgan. Qo'shma Shtatlar, Avstraliya va Evropa mamlakatlari litiy-ionli batareyalarda materiallarni qayta ishlashning yangi funktsiyalarini namoyish etdilar. Ushbu qayta ishlash jarayonlari yaqin besh-besh yil ichida amalga oshiriladi. O'n yil ichida mukammal.