Koja je kemikalija najbolja za elektrifikaciju vašeg vozila?
Otkrijmo različite vrste baterija
Sastav i karakteristike litijevih baterija s LCO kemijom:
Litij-kobalt-oksid (LiCoO 2 )
Litijeve baterije s LCO kemijom su najmanje novije, uglavnom se koriste za elektronički uređaji i Mobilnih aplikacija, a sastoje se od katode od kobalt oksida (pozitivna elektroda) i grafitne ugljične anode (negativna elektroda).
Prednost ove kemije je u tome što ima visoku specifičnu energiju i savršena je za srednje male baterije, koje imaju dobre performanse, tako da se mogu puniti vrlo brzo.
LCO baterije su zapravo najčešće korištene za pametne telefone, digitalne kamere i prijenosna prijenosna računala.
S druge strane, njihova je uporaba uglavnom ograničena na aplikacije koje nisu prevelike zbog svojih sigurnosna ograničenja. Nadalje imaju prilično nisku struju pražnjenja i to ih može dovesti do brzog pregrijavanja pod velikim opterećenjima.
Sadrže i visok udio kobalta, skupog elementa koji je teško pronaći i koji je povezan s velikim etičkim problemima u ekstrakciji, pa zbog toga sve veći broj proizvođača pokušava bez njega ili maksimalno ograničiti njegovu upotrebu .
Sastav i karakteristike litijevih baterija s LMO kemijom:
Litij-mangan-oksid (LiMn 2 O 4 )
Litijske baterije s LMO kemija rade vrlo slično onima koji koriste LCO tehnologija. Naširoko se koriste u malim uređajima kao što su električni alati.
Glavna karakteristika LMO baterija je njihova sposobnost da daju mnogo energije u kratkom vremenu. LMN baterije sastoje se od katode od mangan oksida i grafitne anode.
Često se koriste za električne bicikle, u vrtlarstvu, medicinskoj opremi i električnim alatima poput bušilica i odvijača.
LMO baterije imaju veću toplinsku stabilnost od baterija s LCO kemijom, ali su ograničene svojim kapacitetom, koji je manji od sustava na bazi kobalta.
Sastav i karakteristike litijevih baterija s LFP kemijom:
Litij – željezo – fosfat (LiFePO4)
LFP kemija najbolje odgovara specifičnim potrebama industrijskog sektora, gdje nije potrebna pretjerana specifična energija, ali gdje postoji potreba za vrlo visokom sigurnošću i dugim životnim ciklusima. Dakle, govorimo o vrlo širokom svijetu, u rasponu od automatizacije, robotike, logistike, građevinarstva, poljoprivrede, plovidbe, električnih vozila, do vozila za zračne luke, platformi i specijalnih vozila Zapravo, baterije s LFP kemijom najsigurnije su i najstabilnije na današnjem tržištu, a dostupne su u formatima velikog kapaciteta, prema zahtjevima industrijskih sustava, bez potrebe za povezivanjem mnogih male stanice paralelno, što bi smanjilo njihovu stabilnost i ugrozilo sigurnost vozila. Životni ciklusi baterije s LFP kemijom danas prelaze 3,500 ciklusa i, ako je opremljen dobrim BMS sustavom, može lako premašiti 4,000, a u budućnosti i više od 6,000 ciklusa može se očekivati.Ali moramo biti oprezni, kada govorimo o “životnim ciklusima” ne smijemo misliti da je baterija nakon 3,500 ciklusa potpuno ispražnjena. Zapravo, važno je upamtiti da se kraj životnog vijeka baterije na vozilu uvijek smatra 80% preostalog kapaciteta, ali će i dalje biti mnogo mogućnosti za korištenje u drugim područjima, kao što je skladištenje energije. Još jedna prednost LFP kemije, osim inherentne sigurnosti i dugog životnog ciklusa, je da ima ravnu krivulju pražnjenja. Na donjoj slici, krivulja teži porastu. To je tzv. krivulja punjenja, dok se padajuće krivulje odnose na napon baterije tijekom pražnjenja. Raspon napona od 100 % do 0 % stoga je vrlo sličan, a to je temeljna činjenica, jer omogućuje strojevima i industrijskim vozilima da jamče istu izvedbu od početka do kraja pražnjenja.
Litijeva LFP kemijska krivulja pražnjenja
S druge strane, ova prednost se također može pretvoriti u nedostatak, jer će zbog ravne krivulje očitavanje samo napona otežati određivanje ispravnog SPC (stanje napunjenosti).
Da biste izbjegli ovo ograničenje, BMS sustav upravljanja baterijom morat će biti dizajniran na pametan način kako bi osigurao ispravno stanje napunjenosti i izvršio funkcije balansiranja na najbolji mogući način.
Jedna od brojnih prednosti ove kemije je potpuni nedostatak kobalta, materijala koji je, kao što smo već spomenuli, otrovan, jedan od najštetnijih za okoliš.
Mnogi proizvođači litijevih baterija trenutno pokušavaju smanjiti postotak kobalta u svojim baterijama, tako da LFP kemija, budući da je bez kobalta, počinje s velikom prednošću.
Iako prije samo nekoliko godina, LFP baterije Činilo se da im je suđeno da budu zaboravljeni, jer je njihova gustoća energije bila vrlo niska, oko 100 Wh/kg, danas ova tehnologija
se doslovno ponovno izdigao iz pepela s vrlo značajnim povećanjem gustoće energije, dosežući 170 Wh/kg u kratkom vremenu, što je izazvalo veliko zanimanje automobilskog svijeta.
Daljnja povećanja gravimetrijske gustoće na 220/230 Wh/Kg očekuju se već u nadolazećim godinama. Upravo zbog toga su mnogi proizvođači automobila odlučili ponovno uvesti LFP kemiju za elektrifikaciju svojih vozila, prije svega Tesla, koja je trenutno koristi u svom “standardnom rasponu”
vozila jer jamči bolju razinu sigurnosti, uz nešto nižu cijenu od NMC kemija koristi se za vozila visokih performansi. Kao Tesla, Tako BYD, Volkswagen i mnogi drugi veliki proizvođači automobila sada vide veliki potencijal u LFP kemiji.
Sastav i karakteristike litijevih baterija s NMC kemijom:
Nikal – Mangan – Kobalt (LiNixMnyCozO2)
Do danas su baterije s NMC kemijom i dalje najčešće korištene u automobilskom sektoru.
Uz ovu kemiju, vrlo visoka specifična energija od do 220 – 240 Wh/kg može se postići. Ovo je očito odlučujuća konkurentska prednost za automobil, jer omogućuje pohranjivanje velike količine energije uz malu težinu i volumen,
omogućujući ugradnju više energije u vozilo nego druge tehnologije temeljene na litiju.
Postoje različite vrste NMC kemije:
NMC 111 (Nikal 33.3% – Mangan 33.3% – Kobalt 33.3%)
NMC 622 (Nikal 60% – Mangan 20% – Kobalt 20%)
NMC 811 (Nikal 80% – Mangan 10% – Kobalt 10%)
Sastav i karakteristike litijevih baterija s NCA kemijom:
Nikal – kobalt – aluminij (LiNiCoAIO2)
Baterije s NCA kemijom također se koriste u automobilskom sektoru zajedno s NMC baterijama. Njihova je sigurnosna ocjena nešto niža od one NMC-a, ali istodobno imaju vrlo visoku gustoću energije, koja doseže 250-300 Wh/Kg. NCA Struktura ćelija vrlo je slična onoj kod NMC 811, s visokim sadržajem nikla i niskim sadržajem kobalta i aluminija. Zbog svog velikog kapaciteta za pohranu energije, NCA litijeve baterije često se koriste u mješavinama s NMC kemikalijama kako bi se postigao kompromis između gustoće energije, sigurnosti i stabilnosti.
Sastav i karakteristike litijevih baterija s LTO kemijom
Litijev titanat (Li4Ti5O12)
To je kemija koja se još uvijek malo spominje, ali čini se da je vrlo obećavajuća u smislu životnih ciklusa, budući da joj niski unutarnji naponi i nedostatak mehaničkog naprezanja dopuštaju vrlo malu degradaciju, lako dostižući 15,000 20,000 do XNUMX XNUMX korištenja ovih ciklusa. Posebna prednost je to što se može koristiti za elektrifikaciju automobila i vozila koja su podvrgnuta vrlo intenzivnoj uporabi, ali trenutno još uvijek nosi neke probleme koji ograničavaju njegovu upotrebu i širenje.
Njegove slabe točke su 2:
Niska gustoća energije (177Wh/l) i gravimetrijska gustoća (60-70 Wh/Kg) kao i niži nominalni napon od 2.4 V ili 2.8 V: to znači da će biti potrebno više ćelija u nizu kako bi se postigao željeni napon baterije .
Njegova trenutačno vrlo visoka cijena koja se odražava u malom broju globalnih proizvođača LTO ćelija, vjerojatno zbog trenutnih malih količina koje zahtijeva tržište
Njegove prednosti, s druge strane, uključuju ne samo dug radni vijek, već i širok temperaturni raspon te izvrsnu osjetljivost na punjenje i pražnjenje velike snage, tj. visok C-Rate (omjer struje i nazivnog kapaciteta).
Idealna upotreba LTO tehnologije su aplikacije za teške uvjete rada kao što su AGV (automatizirano vođena vozila): zamislite flote samovozećih viličara koji rade 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu, koji također koriste prednosti brzog punjenja kako bi smanjili vrijeme zastoja i posljedično povećali učinkovitost postrojenja.
Od teorije do prakse: korištenje prave kemije litija za svaku primjenu
Naveli smo 6 glavnih tipova kemije na bazi litija koje se trenutno najviše koriste u raznim područjima elektrifikacije. Ali ne smijemo misliti da su te kemije jedna drugoj konkurencija, naprotiv! Sve su vrijedne i imaju visoku učinkovitost, ali svaka litijeva kemikalija najbolje djeluje u različitim područjima uporabe.
Ovaj dijagram prikazuje usporedbu različitih karakteristika kemijskih spojeva u smislu:
● Specifična energija ili gravimetrijska gustoća [Wh/Kg]: omjer je količine sadržane energije (Wh = V x Ah) i težine baterije.
● Sigurnost: koja je usko povezana s toplinskom stabilnošću jer intrinzična sigurnost uvelike ovisi o tome koliko su komponente termički stabilne
● C- Rate: brzina punjenja/pražnjenja, tj. omjer između struje punjenja ili pražnjenja (A) i nominalnog kapaciteta ćelije (Ah). Ovo je parametar usko povezan sa sposobnošću ćelije da proizvodi energiju.
● Životni ciklus: Broj puta koliko se ćelija može isprazniti i napuniti do kraja životnog vijeka, obično se smatra kada se postigne 80% preostalog kapaciteta.
● Trošak
LFP i LTO baterije za industrijski sektor
U industriji, poljoprivredi ili čak za elektrifikaciju specijalnih vozila, posebno ako se radi o visoko cikličkim aplikacijama koje opterećuju bateriju, bolje je koristiti kemikalije kao što su LFP i LTO, gdje su životni vijek, pouzdanost i sigurnost najvažniji najvažnije zahtjeve.
U industrijskom svijetu, dakle, pitanje prostora manje je ograničenje, kao što nije bitno imati pretjerane performanse ili gustoću energije. Pri ocjeni odabira prave kemije, važniji čimbenik sigurnosti dolazi u obzir, aspekt oko kojeg malo tko želi i može napraviti kompromis.
Bolje je imati bateriju koja je nešto glomaznija, ali pruža optimalnu sigurnost i ima znatno duži vijek trajanja. Postoje vozila, poput LGV-a i AGV-a, koja se moraju intenzivno koristiti i neprekidno raditi 3 sata na dan, zbog čega će njihove baterije odraditi čak 4 ili 4,000 ciklusa punjenja u jednom danu. LFP kemija će ih stoga lako podržati sa svojih više od XNUMX ciklusa punjenja. Ako su baterije za stacionarno skladištenje potrebne, tada gustoća energije ne bi značila gotovo ništa, naprotiv, cijena baterije i životni ciklus bili bi elementi koji stoje iza izbora kemije. LFP kemija bi tada našla svoje mjesto.