Która chemia jest najlepsza do elektryzowania Twojego pojazdu?
Odkryjmy różne rodzaje baterii
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią LCO:
Tlenek litowo-kobaltowy (LiCoO 2 )
Baterie litowe z chemią LCO są najstarsze, używane głównie do urządzenia elektryczne i aplikacje mobilnei składają się z katody z tlenku kobaltu (elektroda dodatnia) i grafitowej anody węglowej (elektroda ujemna).
Zaletą tej chemii jest to, że ma wysoką energię właściwą i jest idealna dla średnio-małych akumulatorów, które są w stanie dobrze działać, dzięki czemu można je bardzo szybko naładować.
Baterie LCO są w rzeczywistości najczęściej stosowane w smartfonach, aparatach cyfrowych i przenośnych laptopach.
Z drugiej strony ich użycie ogranicza się głównie do aplikacji, które ze względu na swoje rozmiary nie są zbyt duże ograniczenia bezpieczeństwa. Ponadto charakteryzują się raczej niskim prądem rozładowania, co może prowadzić do ich szybkiego przegrzania pod dużym obciążeniem.
Zawierają również wysoki udział kobaltu, drogiego pierwiastka, który jest trudny do znalezienia i wiąże się z poważnymi problemami etycznymi przy wydobyciu, dlatego coraz większa liczba producentów stara się teraz obejść bez niego lub ograniczyć jego stosowanie do jak największego .
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią LMO:
Tlenek Litowo-Manganowy (LiMn 2 O 4 )
Baterie litowe z chemia LMO działają bardzo podobnie do tych, które używają Technologia LKO. Są szeroko stosowane w małych urządzeniach, takich jak elektronarzędzia.
Główną cechą akumulatorów LMO jest ich zdolność do dostarczenia dużej ilości energii w krótkim czasie. akumulatory LMN składają się z katody z tlenku manganu i anody grafitowej.
Są często używane do rowerów elektrycznych, w ogrodnictwie, sprzęcie medycznym i elektronarzędziach, takich jak wiertarki i śrubokręty.
akumulatory LMO mają wyższą stabilność termiczną niż akumulatory z chemią LCO, ale są ograniczone przez ich pojemność, która jest niższa niż w systemach opartych na kobalcie.
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią LFP:
Lit – Żelazo – Fosforan (LiFePO4)
Chemia LFP najlepiej odpowiada na specyficzne potrzeby sektora przemysłowego, gdzie nie jest wymagana nadmierna energia właściwa, ale gdzie istnieje potrzeba bardzo wysokiego bezpieczeństwa i długich cykli życia. Mówimy więc o bardzo szerokim świecie, począwszy od automatyki, robotyki, logistyki, budownictwa, rolnictwa, łodzi, pojazdów elektrycznych, po pojazdy lotniskowe, platformy powietrzne i pojazdy specjalne W rzeczywistości akumulatory z chemią LFP są obecnie najbezpieczniejsze i najbardziej stabilne na rynku i są dostępne w formatach o dużej pojemności, zgodnie z wymaganiami systemów przemysłowych, bez konieczności łączenia wielu małe komórki równolegle, co obniżyłoby ich stabilność i naraziłoby na szwank bezpieczeństwo pojazdu. Cykle życia baterii z chemią LFP przekraczają obecnie cykle 3,500 a jeśli jest wyposażony w dobry system BMS, może z łatwością przekroczyć 4,000, aw przyszłości nawet więcej niż cykle 6,000 można się spodziewać.Ale musimy być ostrożni, kiedy mówimy o „cyklach życia”, nie możemy myśleć, że po 3,500 cyklach bateria jest całkowicie wyczerpana. W rzeczywistości, należy pamiętać, że za koniec okresu eksploatacji akumulatora w pojeździe uważa się zawsze 80% pozostałej pojemności, ale nadal będzie wiele możliwości wykorzystania w innych obszarach, takich jak magazynowanie energii. Kolejną zaletą chemii LFP, poza nieodłącznym bezpieczeństwem i długimi cyklami życia, jest to, że ma płaską krzywą rozładowania. Na poniższym obrazku krzywa ma tendencję do wzrostu. Jest to tzw. krzywa ładowania, natomiast krzywe opadające dotyczą napięcia akumulatora podczas rozładowywania. Zakres napięcia od 100% do 0% jest zatem bardzo podobny i jest to fakt fundamentalny, ponieważ pozwala maszynom i pojazdom przemysłowym zagwarantować taką samą wydajność od początku do końca rozładowania.
Krzywa rozładowania chemicznego LFP litu
Z drugiej strony ta zaleta może się też przerodzić w wadę, gdyż ze względu na płaską krzywą odczyt samych napięć utrudni ustalenie prawidłowego SOC (stan naładowania).
Aby uniknąć tego ograniczenia, BMS system zarządzający baterią będzie musiał być zaprojektowany w inteligentny sposób, aby zapewnić prawidłowy stan naładowania i jak najlepiej realizować funkcje bilansowania.
Jedną z wielu zalet tej chemii jest całkowity brak kobaltu, materiału, który, jak już wspomnieliśmy, jest toksyczny i jeden z najbardziej szkodliwych dla środowiska.
Wiele producenci baterii litowych obecnie starają się zmniejszyć procentową zawartość kobaltu w swoich bateriach, więc chemia LFP, będąc wolna od kobaltu, zaczyna się od dużej przewagi.
Choć zaledwie kilka lat temu, Akumulatory LFP wydawało się, że zostały skazane na zapomnienie, ponieważ ich gęstość energii była bardzo niska i wynosiła ok 100 Wh/kg, dziś ta technologia
dosłownie odrodził się z popiołów z bardzo znaczącym wzrostem gęstości energii, sięgając 170 Wh/kg w krótkim czasie, wzbudzając duże zainteresowanie świata motoryzacyjnego.
W nadchodzących latach spodziewane są już dalsze wzrosty gęstości grawimetrycznej do 220/230 Wh/Kg. Właśnie dlatego wielu producentów samochodów zdecydowało się na ponowne wprowadzenie chemii LFP do elektryfikacji swoich pojazdów, przede wszystkim Tesli, która ją obecnie stosuje w swoim „standardowym zakresie”
pojazdów, ponieważ gwarantuje wyższy poziom bezpieczeństwa, przy nieco niższych kosztach niż chemia NMC stosowane w pojazdach o wysokich osiągach. Tak jak TeslaTak BYD, Volkswagen i wielu innych głównych producentów samochodów widzi teraz ogromny potencjał w chemii LFP.
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią NMC:
Nikiel – Mangan – Kobalt (LiNixMnyCozO2)
Do tej pory akumulatory z chemią NMC pozostają najczęściej stosowanymi w sektorze motoryzacyjnym.
Przy tej chemii bardzo wysoka energia właściwa do 220 – 240 Wh/kg może być osiągnięte. Jest to niewątpliwie decydująca przewaga konkurencyjna samochodu, ponieważ pozwala na magazynowanie dużej ilości energii przy niewielkiej masie i objętości,
pozwalając na zainstalowanie w pojeździe większej ilości energii niż w przypadku innych technologii opartych na litie.
Istnieją różne rodzaje chemii NMC:
NMC111 (Nikiel 33.3% – Mangan 33.3% – Kobalt 33.3%)
NMC622 (Nikiel 60% – Mangan 20% – Kobalt 20%)
NMC811 (Nikiel 80% – Mangan 10% – Kobalt 10%)
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią NCA:
Nikiel – Kobalt – Aluminium (LiNiCoAIO2)
Akumulatory z chemią NCA są również stosowane w sektorze motoryzacyjnym obok akumulatorów NMC. Ich wskaźnik bezpieczeństwa jest nieco niższy niż w przypadku NMC, ale jednocześnie charakteryzują się bardzo wysoką gęstością energii, sięgającą 250-300 Wh/Kg. NCA Struktura ogniwa jest bardzo podobna do NMC 811, z wysoką zawartością niklu i niską zawartością kobaltu i aluminium. Ze względu na dużą pojemność magazynowania energii, baterie litowe NCA są często używane w mieszankach z chemią NMC, aby osiągnąć kompromis między gęstością energii, bezpieczeństwem i stabilnością.
Skład i charakterystyka baterii litowych z chemią LTO
Tytanian litu (Li4Ti5O12)
Jest to chemia, o której wciąż niewiele się wspomina, ale wydaje się być bardzo obiecująca pod względem cykli życia, ponieważ jej niskie napięcia wewnętrzne i brak naprężeń mechanicznych pozwalają na bardzo niewielką degradację, z łatwością osiągając 15,000 20,000 do XNUMX XNUMX zastosowań. cykle. Szczególną zaletą jest to, że może być stosowany do elektryfikacji samochodów i pojazdów podlegających bardzo intensywnemu użytkowaniu, ale obecnie nadal wiąże się z pewnymi problemami, które ograniczają jego użycie i rozpowszechnienie.
Jego słabe punkty to 2:
Niska gęstość energii (177 Wh/l) i gęstość grawimetryczna (60-70 Wh/kg) oraz niższe napięcie nominalne 2.4 V lub 2.8 V: oznacza to, że potrzeba więcej ogniw szeregowo, aby osiągnąć pożądane napięcie akumulatora .
Jego obecnie bardzo wysoki koszt, który znajduje odzwierciedlenie w małej liczbie światowych producentów ogniw LTO, prawdopodobnie ze względu na obecne niskie wolumeny popytu na rynku
Jego zaletami są natomiast nie tylko długa żywotność, ale także szeroki zakres temperatur oraz doskonała podatność na ładowanie i rozładowywanie dużymi mocami, czyli wysoki C-Rate (stosunek prądu do pojemności znamionowej).
Idealnym zastosowaniem technologii LTO są ciężkie zastosowania, takie jak AGV (automatycznie kierowane pojazdy): wyobraź sobie floty samobieżnych wózków widłowych pracujących 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, które również wykorzystują szybkie ładowanie, aby skrócić przestoje, a tym samym zwiększyć wydajność zakładu.
Od teorii do praktyki: stosowanie odpowiedniej chemii litu do każdego zastosowania
Przedstawiliśmy 6 głównych rodzajów chemii na bazie litu, które są obecnie najczęściej stosowane w różnych obszarach elektryfikacji. Ale nie wolno nam myśleć, że chemikalia te konkurują ze sobą, wręcz przeciwnie! Wszystkie są cenne i wydajne, ale każdy związek chemiczny litu sprawdza się najlepiej w różnych obszarach zastosowania.
Ten diagram pokazuje porównanie różnych właściwości chemikaliów pod względem:
● Energia właściwa lub gęstość grawimetryczna [Wh/Kg]: stosunek ilości zawartej energii (Wh = V x Ah) do masy akumulatora.
● Bezpieczeństwo: które jest ściśle związane ze stabilnością termiczną, ponieważ samoistne bezpieczeństwo zależy w dużym stopniu od stabilności termicznej komponentów
● C- Rate: szybkość ładowania/rozładowania, tj. stosunek prądu ładowania lub rozładowania (A) do nominalnej pojemności ogniwa (Ah). Jest to parametr ściśle powiązany ze zdolnością ogniwa do generowania energii.
● Cykl życia: Liczba przypadków, w których ogniwo może zostać rozładowane i naładowane do końca okresu eksploatacji, zwykle uwzględniane po osiągnięciu 80% pojemności resztkowej.
● Koszt
Akumulatory LFP i LTO dla sektora przemysłowego
W przemyśle, rolnictwie, a nawet do elektryfikacji pojazdów specjalnych, zwłaszcza jeśli chodzi o zastosowania wysoce cykliczne, obciążające akumulator, lepiej jest stosować chemie typu LFP i LTO, gdzie liczy się żywotność, niezawodność i bezpieczeństwo najważniejsze wymagania.
Dlatego w świecie przemysłowym kwestia przestrzeni jest mniejszym ograniczeniem, podobnie jak nie jest konieczna nadmierna wydajność lub gęstość energii. Przy ocenie wyboru odpowiedniej chemii bierze się zatem pod uwagę ważniejszy czynnik bezpieczeństwa, aspekt, na który niewiele osób chce i może pójść na kompromis.
Lepiej jest mieć akumulator, który jest nieco większy, ale zapewnia optymalne bezpieczeństwo i ma znacznie dłuższą żywotność. Są pojazdy, takie jak LGV czy AGV, które wymagają intensywnej eksploatacji i nieustannej pracy przez całą dobę, w efekcie ich akumulatory wykonają nawet 3-4 cykle ładowania w ciągu jednego dnia. Dlatego chemia LFP z łatwością wesprze je dzięki ponad 4,000 cyklom ładowania. Jeśli akumulatory do przechowywania stacjonarnego są niezbędne, to gęstość energii prawie nic by nie znaczyła, a wręcz przeciwnie, koszt i cykl życia akumulatorów byłyby elementami decydującymi o wyborze chemii. Chemia LFP znalazłaby wtedy swoje miejsce.