Mikä kemia sopii parhaiten ajoneuvosi sähköistämiseen?
Tutustutaanpa erityyppisiin akkuihin
LCO-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet:
Litium-kobolttioksidi (LiCoO 2 )
LCO-kemialliset litiumakut ovat vähiten uusimpia, pääasiassa käytettyjä elektroniset laitteet ja Mobiilisovelluksia, ja koostuvat kobolttioksidikatodista (positiivinen elektrodi) ja grafiittihiilianodista (negatiivinen elektrodi).
Tämän kemian etuna on, että sillä on korkea ominaisenergia ja se sopii erinomaisesti keskikokoisille ja pienille akuille, jotka pystyvät toimimaan hyvin, joten ne voidaan ladata erittäin nopeasti.
LCO-akut ovat itse asiassa yleisimmin käytettyjä älypuhelimissa, digitaalikameroissa ja kannettavissa kannettavissa tietokoneissa.
Toisaalta niiden käyttö rajoittuu pääasiassa sovelluksiin, jotka eivät ole liian suuria niiden vuoksi turvallisuusrajoituksia. Niissä on lisäksi melko pieni purkausvirta, mikä voi johtaa niiden nopeaan ylikuumenemiseen suurilla kuormituksilla.
Ne sisältävät myös suuren osan kobolttia, kallista alkuainetta, jota on vaikea löytää ja joka liittyy louhintaan liittyviin suuriin eettisiin ongelmiin, ja tästä syystä yhä useammat valmistajat yrittävät nyt olla ilman sitä tai rajoittaa sen käyttöä mahdollisimman paljon. .
LMO-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet:
Litium-mangaanioksidi (LiMn 2 O 4 )
Litiumparistot LMO kemia toimivat hyvin samalla tavalla kuin käyttävät LCO-tekniikka. Niitä käytetään laajalti pienissä laitteissa, kuten sähkötyökaluissa.
LMO-akkujen pääominaisuus on niiden kyky tuottaa paljon energiaa lyhyessä ajassa. LMN akut koostuu mangaanioksidikatodista ja grafiittianodista.
Niitä käytetään usein sähköpyörissä, puutarhanhoidossa, lääketieteellisissä laitteissa ja sähkötyökaluissa, kuten porakoneissa ja ruuvitaltaissa.
LMO akut niillä on korkeampi lämmönkestävyys kuin LCO-kemiallisilla akuilla, mutta niitä rajoittaa niiden kapasiteetti, joka on pienempi kuin kobolttipohjaisten järjestelmien.
LFP-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet:
Litium – rauta – fosfaatti (LiFePO4)
LFP-kemia vastaa parhaiten teollisuuden erityistarpeisiin, joissa ei vaadita liiallista ominaisenergiaa, mutta missä tarvitaan erittäin korkeaa turvallisuutta ja pitkiä elinkaareja. Puhumme siis hyvin laajasta maailmasta, joka ulottuu automaatiosta, robotiikasta, logistiikasta, rakentamisesta, maataloudesta, veneilystä, sähköajoneuvoista aina lentoasema-ajoneuvoihin, lentokoneisiin ja erikoisajoneuvoihin. Itse asiassa LFP-kemialliset akut ovat markkinoiden turvallisimpia ja vakaimpia, ja niitä on saatavana suurikapasiteettisina muodoissa, kuten teollisuusjärjestelmät vaativat. ilman tarvetta yhdistää monia pieniä soluja rinnakkain, mikä heikentäisi niiden vakautta ja vaarantaisi sen ajoneuvon turvallisuutta. LFP-kemiallisen akun elinkaari ylittää nykyään 3,500 sykliä ja jos se on varustettu hyvällä BMS-järjestelmällä, voi helposti ylittää 4,000, ja tulevaisuudessa jopa enemmän kuin 6,000 sykliä voidaan odottaa.Mutta meidän on oltava varovaisia, kun puhumme "elinkaareista", emme saa ajatella, että 3,500 syklin jälkeen akku on täysin tyhjä. Itse asiassa, On tärkeää muistaa, että ajoneuvon akun käyttöiän loppuun katsotaan aina 80 % jäljellä olevaa kapasiteettia, mutta käyttömahdollisuuksia muilla alueilla, kuten energian varastoinnissa, riittää. Toinen LFP-kemian etu sen luontaisen turvallisuuden ja pitkien elinkaarien lisäksi on litteä purkauskäyrä. Alla olevassa kuvassa käyrä pyrkii nousemaan. Tämä on ns. latauskäyrä, kun taas laskevat käyrät viittaavat akun jännitteeseen purkautumisen aikana. Jännitealue 100 %:sta 0 %:iin on siis hyvin samanlainen, ja tämä on olennainen tosiasia, sillä sen avulla koneet ja teollisuusajoneuvot voivat taata saman suorituskyvyn purkauksen alusta loppuun.
Lithium LFP Chemistry Purkauskäyrä
Toisaalta tämä etu voi muuttua myös haitaksi, koska litteän käyrän vuoksi vain jännitteiden lukeminen vaikeuttaa oikean määrittämistä. SOC (maksutila).
Tämän rajoituksen välttämiseksi BMS akkua hallitseva järjestelmä on suunniteltava älykkäästi, jotta se tarjoaa oikean lataustilan ja suorittaa tasapainotustoiminnot parhaalla mahdollisella tavalla.
Yksi tämän kemian monista eduista on koboltin täydellinen puuttuminen, materiaali, joka, kuten olemme jo maininneet, on myrkyllistä ja yksi ympäristölle vaikuttavimmista.
Paljon litiumparistojen valmistajat yrittävät tällä hetkellä vähentää koboltin prosenttiosuutta akuissaan, joten LFP-kemia, koska se on kobolttiton, alkaa suurella edulla.
Vaikka vasta muutama vuosi sitten, LFP-paristot näytti olevan tarkoitettu unohdettaviksi, koska niiden energiatiheys oli hyvin alhainen, noin 100 Wh/kg, tänään tämä tekniikka
on kirjaimellisesti noussut uudelleen tuhkasta erittäin merkittävällä energiatiheyden kasvulla, saavuttaen 170 Wh/kg lyhyessä ajassa, mikä herätti suurta kiinnostusta automaailmassa.
Gravimetrisen tiheyden odotetaan nousevan edelleen 220/230 Wh/kg:iin tulevina vuosina. Juuri tästä syystä monet autonvalmistajat ovat päättäneet ottaa uudelleen käyttöön LFP-kemian ajoneuvojensa sähköistämiseen, ennen kaikkea Tesla, joka käyttää sitä tällä hetkellä "vakiosarjassaan"
ajoneuvoja, koska se takaa paremman turvallisuustason hieman halvemmalla kuin NMC kemia käytetään korkean suorituskyvyn ajoneuvoissa. Kuten Tesla, Niin BYD, Volkswagen ja monet muut suuret autonvalmistajat näkevät nyt suuria mahdollisuuksia LFP-kemiassa.
NMC-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet:
Nikkeli - Mangaani - Koboltti (LiNixMnyCozO2)
Toistaiseksi NMC-kemialliset akut ovat edelleen yleisimmin käytettyjä autoteollisuudessa.
Tällä kemialla erittäin korkea ominaisenergia jopa 220 – 240 Wh/kg voidaan saavuttaa. Tämä on selkeästi ratkaiseva kilpailuetu autolle, sillä se mahdollistaa suuren energiamäärän varastoinnin pienellä painolla ja tilavuudella,
mahdollistaa enemmän energian asentamisen ajoneuvoon kuin muut litiumpohjaiset tekniikat.
NMC-kemiaa on erilaisia:
NMC 111 (Nikkeli 33.3 % – Mangaani 33.3 % – Koboltti 33.3 %)
NMC 622 (Nikkeli 60 % – Mangaani 20 % – Koboltti 20 %)
NMC 811 (Nikkeli 80 % – Mangaani 10 % – Koboltti 10 %)
NCA-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet:
Nikkeli – koboltti – alumiini (LiNiCoAIO2)
NCA-kemiallisia akkuja käytetään myös autoteollisuudessa NMC-akkujen rinnalla. Niiden turvallisuusluokitus on hieman NMC:tä alhaisempi, mutta samalla niiden energiatiheys on erittäin korkea, 250-300 Wh/kg. NCA Kennorakenne on hyvin samanlainen kuin NMC 811:ssä, korkea nikkelipitoisuus ja alhainen koboltti- ja alumiinipitoisuus. Suuren energian varastointikapasiteetin vuoksi NCA-litiumparistoja käytetään usein sekoituksissa NMC-kemian kanssa kompromissin saavuttamiseksi energiatiheyden, turvallisuuden ja vakauden välillä.
LTO-kemiallisten litiumakkujen koostumus ja ominaisuudet
Litiumtitanaatti (Li4Ti5O12)
Se on kemia, jota mainitaan vielä vähän, mutta se näyttää erittäin lupaavalta elinkaarien suhteen, koska sen alhaiset sisäiset jännitteet ja mekaanisen rasituksen puute mahdollistavat sen hajoamisen hyvin vähän, jolloin se saavuttaa helposti 15,000 20,000 - XNUMX XNUMX käyttökertaa. Erityinen etu on se, että sitä voitaisiin käyttää autojen ja erittäin kovassa käytössä olevien ajoneuvojen sähköistykseen, mutta tällä hetkellä siihen liittyy edelleen käyttöä ja leviämistä rajoittavia ongelmia.
Sen heikkoja kohtia ovat 2:
Matala energiatiheys (177 Wh/l) ja gravimetrinen tiheys (60-70 Wh/Kg) sekä pienempi nimellisjännite 2.4 V tai 2.8 V: tämä tarkoittaa, että sarjassa tarvitaan enemmän kennoja halutun akkujännitteen saavuttamiseksi .
Sen tällä hetkellä erittäin korkeat kustannukset, mikä näkyy maailmanlaajuisten LTO-solujen valmistajien vähäisessä määrässä, mikä johtuu todennäköisesti markkinoiden tämänhetkisistä alhaisista määristä.
Sen etuja ovat sen sijaan pitkän käyttöiän lisäksi laaja lämpötila-alue ja erinomainen herkkyys suuritehoiselle lataukselle ja purkamiselle eli korkealle C-nopeudelle (virran suhde nimelliskapasiteettiin).
LTO-tekniikan ihanteellinen käyttökohde ovat raskaat sovellukset, kuten AGV:t (automaattiset ohjatut ajoneuvot): kuvittele 24/7 toimivia itseohjautuvia trukkeja, jotka myös hyödyntävät pikalatausta vähentääkseen seisokkeja ja siten lisäävät laitoksen tehokkuutta.
Teoriasta käytäntöön: oikean litiumkemian käyttäminen jokaiseen sovellukseen
Olemme hahmotelleet kuusi litiumpohjaisen kemian päätyyppiä, joita käytetään tällä hetkellä yleisimmin eri sähköistysalueilla. Mutta emme saa ajatella, että nämä kemiat kilpailevat keskenään, päinvastoin! Ne ovat kaikki arvokkaita ja tehokkaita, mutta jokainen litiumkemikaali toimii parhaiten eri käyttöalueilla.
Tämä kaavio näyttää vertailun kemian eri ominaisuuksista seuraavilla tavoilla:
● Ominaisenergia tai gravimetrinen tiheys [Wh/Kg]: on akun sisältämän energian määrän (Wh = V x Ah) suhde akun painoon.
● Turvallisuus: joka liittyy läheisesti lämpöstabiilisuuteen, koska luontainen turvallisuus riippuu hyvin paljon siitä, kuinka lämpöstabiileja komponentit ovat
● C- Rate: lataus/purkausnopeus eli lataus- tai purkausvirran (A) ja kennon nimelliskapasiteetin (Ah) välinen suhde. Tämä on parametri, joka liittyy läheisesti solun kykyyn tuottaa tehoa.
● Elinkaari: Kuinka monta kertaa kenno voidaan purkaa ja ladata käyttöiän loppuun asti. Yleensä otetaan huomioon, kun 80 % jäljellä olevasta kapasiteetista on saavutettu.
● Kustannukset
LFP- ja LTO-akut teollisuudelle
Teollisuudessa, maataloudessa tai jopa erikoisajoneuvojen sähköistykseen, varsinkin jos kyse on erittäin syklisistä sovelluksista, jotka rasittavat akkua, on parempi käyttää kemikaaleja, kuten LFP ja LTO, joissa käyttöikä, luotettavuus ja turvallisuus ovat tärkeitä. tärkeimmät vaatimukset.
Siksi teollisuusmaailmassa tilakysymys on vähemmän rajoite, kuten ei ole välttämätöntä liiallinen suorituskyky tai energiatiheys. Oikean kemian valintaa arvioitaessa tulee siis esiin tärkeämpi turvallisuustekijä, josta harvat haluavat ja voivat tehdä kompromisseja.
On parempi, että akku on hieman isompi, mutta tarjoaa optimaalisen turvallisuuden ja huomattavasti pidemmän käyttöiän. On ajoneuvoja, kuten LGV- ja AGV-autoja, joita on käytettävä intensiivisesti ja jotka toimivat lakkaamatta kellon ympäri, minkä seurauksena niiden akut suorittavat jopa 3 tai 4 latausjaksoa yhdessä päivässä. Siksi LFP-kemia tukee niitä helposti yli 4,000 XNUMX latausjaksolla. Jos kiinteään varastointiin tarvittavat akut ovat välttämättömiä, energiatiheys ei tarkoittaisi juuri mitään, ja päinvastoin akkujen hinta ja elinkaaret olisivat tekijät kemian valinnassa. LFP-kemia löytäisi sitten paikkansa.