Otomotiv Pilleri Alanında Kurşun Asit Yerine Geçen Lityum Pillerin Beklenti Analizi

Kurşun asitli aküler şu anda motorlu araçlarda SLI için ana güç kaynağıdır ve ayrıca birçok başka uygulama da verilmiştir. Kurşun-asit piller yerine SLI piller olarak lityum pillerin avantajları, esas olarak daha uzun ömürleri ve daha yüksek enerji yoğunluklarında yatmaktadır. Güvenlik açısından, maliyet, tasarım ve test spesifikasyonlarının yanı sıra araçlarda kısıtlayıcı malzemelerin kullanımına ilişkin yeni Avrupa akü düzenlemeleri de dikkate alınmaktadır. İki pilin kullanım ömrü ve geri dönüşümü de dikkate alınır.

1. Pil değişimi

Yıllar içinde, kurşun asitli pillerin kimyası ve üretim standartları, tamamen yeni bir pil sistemini yeniden tasarlamaya çalışmak yerine katkı maddelerini ayarlayarak ve mevcut üretim süreçlerini geliştirerek yeni güç gereksinimlerine ve zorluklara nispeten hızlı bir şekilde uyarlanmıştır. 1960'larda kurşun asitli SLI pilin hizmet ömrü yaklaşık 3 yıldı ve 2015 yılına kadar güç ve uygulama gereksinimleri arttıkça pil beş yıl veya daha fazla sürebilir.

Kurşun-asit piller, temel olarak soğuk ICE başlatması için gereken yüksek akımı karşılayabilmeleri, yüksek sıcaklık döngüsü dayanıklılığı, nispeten yüksek güvenlik ve nispeten düşük maliyet nedeniyle pazar payını korumuştur. Bu pazara katılmayı planlıyorsanız, bunlar herhangi bir yeni pil teknolojisinin yüzleşmesi gereken zorluklardır. Son yıllarda, lityum pillerin kimya ve üretim açısından kararlılığı önemli ölçüde iyileştirildi, maliyet sürekli olarak düşürüldü ve performans sürekli olarak iyileştirildi. Daha geniş anlamda, kurşun asitli pillerle karşılaştırıldığında, lityum iyon SLI pillerin mevcut ana avantajları, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömürleridir.

Lityum-iyon SLI piller, mevcut kurşun-asit SLI pillere benzer performansa sahiptir ve lityum-iyon SLI pillerin kararlılığını değerlendirmek için ek testler başlatılmıştır. Aşırı şarj koruması, ezilme veya delinme tipi imha testleri, sürekli düşük sıcaklıkta deşarj ve şarj ve lityum birikiminin etkisinin değerlendirilmesi gibi sıkı güvenlik önlemleri dahil.

2. Lityum iyon pilin güvenlik tasarımı

Lityum iyon SLI pillerin geliştirilmesindeki ana zorluk, pilin kötüye kullanım veya yaşlanma koşulları altında ne kadar güvenli olduğu ve termal kaçak olup olmayacağıdır. Bu durumu önlemek için birçok test yapılmıştır, ancak tüm durumlar tahmin edilebilir değildir. Kaza, aracın iç kısmında aşırı hasara yol açarak, harici veya dahili yangınlar nedeniyle akünün yanmasına neden olabileceğinden, alınan önlemler hasarlı akünün daha fazla kıvılcım oluşturmamasını sağlayacak ve böylece yangının yayılmasının azaltılması kaza. Ek olarak, pilin benzersiz bir faktörü, eskimesine bağlı olarak meydana gelebilecek dahili kısa devredir (ISC). Lityum dendritlerin oluşumu gibi bazı yaygın durumlar diyaframa nüfuz ederek kısa devreye neden olur, bu da diyaframın ısı nedeniyle büzülmesine ve geniş alanlı kısa devreye neden olur. Standartlaştırılmış pil testi için bir başka zorluk, lityum iyon pillerin dış yapısının silindirik, torba (yumuşak paket) veya kare olabilmesidir. Bu nedenle, her pil tipi farklı bir mekanik test prosedürü gerektirir. Bu teknikler, güvenlik testi ile lityum iyon SLI piller arasındaki ilişkinin anlaşılmasına rehberlik etmek için kullanılabilir.

3. SLI pil tasarımı

SLI pillerin tasarımında, aralarından seçim yapabileceğiniz çeşitli elektrot malzemeleri ve pil kombinasyonları vardır. Bununla birlikte, toplam akü voltajı tipik bir 12V ile sınırlandırıldığında, bu durumda mevcut kurşun-asit aküyü değiştirmek mümkündür. Şu anda, seri olarak bağlanan yalnızca birkaç pil, doğru pil voltajına ulaşabilir.

12V'a yakın bir akü voltajı elde etme gerekliliğine ek olarak, tüketici pazarında kolay bulunabilirlik gibi diğer faktörlerin de dikkate alınması gerekir. Standart kurşun asitli pillerle karşılaştırıldığında, bu malzemeler maliyet açısından rekabetçi SLI piller üretebilir. Lityum iyon pillerin katot malzemeleri katmanlı, spinel ve olivin tiplerine ayrılabilir. Anot malzemesi esas olarak karbondur. Doğru akü voltajını ve güç kapasitesini sağlamak için katot ve anot malzemelerinin uyumluluğunu dikkate almanın yanı sıra, lityum iyon pillerin ilk üç önemli bileşeni elektrolitidir. Çoğu ticari pil için, gerekli lityum iyon iletkenliğini sağlayabilen çözünür lityum tuzları ile birlikte organik sıvı elektrolitler kullanılır. Şu anda kullanılan en yaygın tuz LiPF6'dır.

BEV'de, araç hareket halinde değilken aracın's on-board elektronik sistemini korumak için 12 V lityum-iyon SLI pil kullanılabilir. Bu uygulamada kurşun asitli SLI pillerin kullanılması ideal değildir çünkü genellikle yüksek güç için tasarlanmıştır ve derin düşük akım deşarjı uygulama senaryoları için mutlaka uygun değildir. Bu bağlamda, lityum iyon SLI piller, kurşun asitli SLI pillerin eksikliklerini tamamlıyor.

4. Batarya dengesi ve batarya yönetim sisteminin (BMS) tasarımı

Kurşun asitli SLI pillerin aksine, lityum iyon pil teknolojisinin zorluğu, %95'e yakın yüksek şarj verimliliğine sahip olmaları ve kesinlikle pil voltaj aralığı içinde çalışması gerektiğidir. Lityum iyon piller seri olarak monte edildiğinde ve şarj edildiğinde, pil voltaj penceresinin dışına kolayca kayabilir, aktif malzeme geri dönüşü olmayan faz değişiklikleri yaşamaya başlayabilir ve elektrolit ayrışmaya başlayabilir. Bu da bataryanın iç direncini artırarak bataryanın dengesizlik etkisini artırır. Bu nedenle, pil yönetimi ve bağımsız pil paketlerinin izlenmesi, lityum iyon modüller için standart uygulamalar haline geldi ve bunlar genellikle pil kutusu muhafazasına yerleştirildi. Piyasada, birçoğu belirli lityum iyon pil kimyasalları için özel olarak üretilmiş çok sayıda BMS sistemi bulunmaktadır. En basit ve en uygun maliyetli şarj yöntemi, seri pil takımının şarjını sınırlamaktır. Daha iyi bir yöntem, pil üst voltaj sınırına ulaştığında piller arasında enerjinin yeniden dağıtılmasına izin vererek tek bir pilin aşırı şarj olmasını ve güvenlik sorunlarına neden olmasını önlemektir.

5. Pilin maliyeti

Mevcut teknolojilerle karşılaştırıldığında, lityum iyon SLI pillerin temel zorluklarından biri tüketicilere rekabetçi bir fiyat sunmaktır. Araştırmacılar, lityum iyon pillerin üretimindeki değer zinciri sorunlarını incelemek için çok çalışıyorlar. Halihazırda akü maliyetlerinin yaklaşık %60'ının akım toplayıcılar, ayırıcılar ve akü muhafazaları gibi aktif olmayan malzemelerden oluştuğu düşünülmektedir. Ek maliyet, katı elektrolit interfazından (SEI) gelir. ) Oluşum sürecinde harcanan zaman ve enerji.

6. Politikalar ve mevzuat

Teknolojinin ana itici güçlerine genellikle sağlık ve güvenlikle ilgili belirli ulusal ve uluslararası politikalar ve ardından mevzuat eşlik eder. Bunlar genellikle insanlara ve çevreye zararlı olduğu düşünülen belirli kimyasalların veya kimyasal aksesuarların kullanımını içerir. Özellikle bu zararlı maddeler araçlarda kullanıldığında, tasarım konsepti"yeşil geri dönüşüm" elde edebilmelidir, yani çeşitli malzemelerin yeniden kullanılabilmesi, geri dönüştürülebilmesi veya güvenli bir şekilde atılabilmesi için Demonte edilebilir olmalıdır. çevreye herhangi bir kirliliğe neden olmadan.

7.Standartlar ve özellikler

On yıllar boyunca, araçlar için SLI pilleri de dahil olmak üzere neredeyse tüm pil uygulamalarının performansına ve güvenliğine uyum sağlamak için özellikler ve standartlar ortaya çıktı ve yavaş yavaş geliştirildi. Öte yandan, belirli ülkelerin veya bölgelerin mevzuatı, genellikle toplumun ve çevrenin güvenliği ve sağlığı üzerinde doğrudan etkisi olan belirli gereksinimlerle ilgilenirken standartlara atıfta bulunabilir. Amerika Birleşik Devletleri Gelişmiş Batarya Birliği (USABC), ABD Enerji Bakanlığı (DoE) için bir batarya test kılavuzu (Revizyon 2) derlemiştir.

8. Pil geri dönüşümü

Şu anda lityum iyon pillerin geri dönüşümünde belirli bir güce sahip bir şirket.

Yukarıdakiler, bazı büyük şirketlerin, lityum iyon pillerin yerleşik endüstriyel ölçekte geri dönüşüm sürecine aktif olarak katıldığını özetlemektedir. Gelişmekte olan geri dönüşüm endüstrisinin geri dönüşüm kapasitesi önümüzdeki 7 ila 10 yıl içinde en az beş kat artacak.

9. Sonuçlar ve beklentiler

Bu makale, önümüzdeki birkaç yıl içinde kademeli bir süreç olacak olan kurşun asitli SLI pillerin lityum iyon SLI pillerle değiştirilmesinin bazı faktörlerini özetlemektedir. Yenilenebilir enerji sistemi depolamasının yoğun kullanımıyla, kurşun-asit pillerin kullanımı artmaya devam edecek ve lityum iyon SLI pillerin odak noktası Avrupa'da bulunan orta ve üst düzey ICE araçlarında kullanılacak. Asya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde olanlar. Birçok küçük ve ucuz ICE aracı için kurşun asitli SLI akü kullanılmaya devam edecektir, çünkü akünün değiştirilmesinin maliyeti her zaman belirleyici faktör olacaktır. Ayrıca, küresel tüketici pazarı"döngüsel ekonomi" hammaddelerin geri dönüşümünü artırırken çevresel atıkları azaltmaya odaklanacak ürünler. Lityum iyon pillerin geri dönüşümü henüz emekleme aşamasında olmasına rağmen, Çin, Japonya ve diğer ülkeler şimdiden büyük girişimlerde bulundular. Amerika Birleşik Devletleri, Avustralya ve Avrupa ülkelerinin tümü, lityum iyon pillerdeki geri dönüşüm malzemelerinin yeni işlevlerini göstermiştir. Bu geri dönüşüm süreçleri önümüzdeki beş ila beş yıl içinde gerçekleşecek. On yıl içinde mükemmel.