Aling chemistry ang pinakamahusay para sa pagpapakuryente sa iyong sasakyan?
Tuklasin natin ang iba't ibang uri ng mga baterya
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng LCO:
Lithium-Cobalt-Oxide (LiCoO 2 )
Ang mga bateryang lithium na may LCO chemistry ay ang pinakabago, pangunahing ginagamit para sa electronic device at mga mobile application, at binubuo ng isang cobalt oxide cathode (positive electrode) at isang graphite carbon anode (negative electrode).
Ang bentahe ng chemistry na ito ay mayroon itong mataas na tiyak na enerhiya at perpekto para sa mga medium-small na baterya, na mahusay na gumaganap, upang ma-charge ang mga ito nang napakabilis.
Sa katunayan, ang mga baterya ng LCO ang pinakamalawak na ginagamit para sa mga smartphone, digital camera at portable na laptop.
Sa kabilang banda, ang kanilang paggamit ay higit na limitado sa mga application na hindi masyadong malaki dahil sa kanilang mga limitasyon sa kaligtasan. Nagtatampok din ang mga ito ng medyo mababang discharge current at ito ay maaaring humantong sa kanila na mag-overheat nang mabilis sa ilalim ng mataas na load.
Naglalaman din ang mga ito ng mataas na proporsyon ng kobalt, isang mamahaling elemento na mahirap hanapin at nauugnay sa mga pangunahing problema sa etika sa pagkuha, at ito ang dahilan kung bakit sinusubukan ngayon ng dumaraming mga tagagawa na gawin nang wala ito o limitahan ang paggamit nito hangga't maaari. .
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng LMO:
Lithium-Manganese-Oxide (LiMn 2 O 4 )
Mga bateryang Lithium na may LMO chemistry gumanap na halos katulad sa mga gumagamit teknolohiya ng LCO. Malawakang ginagamit ang mga ito sa maliliit na kagamitan tulad ng mga power tool.
Ang pangunahing katangian ng mga baterya ng LMO ay ang kanilang kakayahang magbigay ng maraming enerhiya sa maikling panahon. Mga baterya ng LMN binubuo ng isang manganese oxide cathode at isang graphite anode.
Kadalasang ginagamit ang mga ito para sa mga de-kuryenteng bisikleta, sa paghahardin, kagamitang medikal at mga power tool tulad ng mga drill at screwdriver.
Mga baterya ng LMO ay may mas mataas na thermal stability kaysa sa mga baterya na may LCO chemistry, ngunit nalilimitahan ng kanilang kapasidad, na mas mababa kaysa sa mga sistemang nakabatay sa cobalt.
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng LFP:
Lithium – Iron – Phosphate (LiFePO4)
Pinakamahusay na tumutugon ang chemistry ng LFP sa mga partikular na pangangailangan ng sektor ng industriya, kung saan hindi kinakailangan ang labis na partikular na enerhiya, ngunit kung saan may pangangailangan para sa napakataas na kaligtasan at mahabang cycle ng buhay. Kaya't pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang napakalawak na mundo, mula sa automation, robotics, logistics, construction, agriculture, boating, electric vehicles, hanggang sa mga airport na sasakyan, aerial platform at espesyal na sasakyan. Sa katunayan, ang mga baterya na may LFP chemistry ang pinakaligtas at pinaka-stable sa merkado ngayon, at available sa malalaking kapasidad na mga format, ayon sa kinakailangan ng mga sistemang pang-industriya, nang hindi kailangang kumonekta sa marami maliliit na selula na magkatulad, na magpapababa sa kanilang katatagan at makompromiso ang kaligtasan ng sasakyan. Ang mga siklo ng buhay sa isang baterya na may LFP chemistry ngayon ay lumampas Mga siklo ng 3,500 at, kung nilagyan ng magandang BMS system, ay madaling lumampas 4,000, at sa hinaharap ay higit pa sa Mga siklo ng 6,000 maaaring inaasahan.Ngunit dapat tayong mag-ingat, kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa "mga siklo ng buhay" hindi natin dapat isipin na pagkatapos ng 3,500 na mga siklo ang isang baterya ay ganap na naubos. Sa katunayan, mahalagang tandaan na ang end-of-life ng isang baterya sa isang sasakyan ay palaging itinuturing na 80% na natitirang kapasidad, ngunit magkakaroon pa rin ng maraming mga posibilidad para magamit sa ibang mga lugar, tulad ng pag-imbak ng enerhiya. Ang isa pang bentahe ng kimika ng LFP, bukod sa likas na kaligtasan at mataas na mga siklo ng buhay, ay mayroon itong flat discharge curve. Sa larawan sa ibaba, ang kurba ay may posibilidad na tumaas. Ito ang tinatawag na charging curve, habang ang mga pababang curve ay tumutukoy sa boltahe ng baterya sa panahon ng discharge. Ang saklaw ng boltahe mula 100 % hanggang 0 % ay samakatuwid ay halos magkatulad, at ito ay isang pangunahing katotohanan, dahil pinapayagan nito ang mga makina at pang-industriya na sasakyan na garantiya ang parehong pagganap mula sa simula hanggang sa katapusan ng paglabas.
Lithium LFP Chemistry Discharg Curve
Sa kabilang banda, ang kalamangan na ito ay maaari ding maging isang kawalan, dahil, dahil sa flat curve, ang pagbabasa lamang ng mga boltahe ay gagawing mas kumplikado upang matukoy ang tamang SOC (estado ng bayad).
Upang maiwasan ang limitasyong ito, ang BMS Ang sistema ng pamamahala sa baterya ay kailangang idisenyo sa matalinong paraan upang maibigay ang tamang State of Charge at maisagawa ang mga function ng pagbabalanse sa pinakamahusay na posibleng paraan.
Ang isa sa maraming mga pakinabang ng kimika na ito ay ang kabuuang kawalan ng kobalt, isang materyal na, tulad ng nabanggit na natin, ay nakakalason, isa sa mga pinaka-epekto para sa kapaligiran.
Marami mga tagagawa ng baterya ng lithium kasalukuyang sinusubukang bawasan ang porsyento ng kobalt sa kanilang mga baterya, kaya ang kimika ng LFP, na walang kobalt, ay nagsisimula sa isang malaking kalamangan.
Bagama't ilang taon lamang ang nakalipas, Mga baterya ng LFP tila nakatakdang makalimutan, dahil ang kanilang density ng enerhiya ay napakababa, sa paligid 100 Wh / Kg, ngayon ang teknolohiyang ito
ay literal na muling lumitaw mula sa abo na may napakalaking pagtaas sa density ng enerhiya, na umaabot 170 Wh / Kg sa maikling panahon, na nagdudulot ng matinding interes mula sa mundo ng automotive.
Ang karagdagang pagtaas sa gravimetric density sa 220/230 Wh/Kg ay inaasahan na sa mga darating na taon. Ito ang eksaktong dahilan kung bakit maraming mga tagagawa ng kotse ang nagpasya na muling ipakilala ang LFP chemistry para sa electrification ng kanilang mga sasakyan, una at pangunahin ang Tesla, na kasalukuyang gumagamit nito sa "standard range" nito
mga sasakyan dahil ginagarantiyahan nito ang isang mas mahusay na antas ng kaligtasan, sa isang bahagyang mas mababang halaga kaysa sa Kimika ng NMC ginagamit para sa mga high-performance na sasakyan. Gaya ng Tesla, Kaya BYD, Volkswagen at marami pang ibang pangunahing automotive manufacturer ang nakikita na ngayon ang malaking potensyal sa LFP chemistry.
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng NMC:
Nikel – Manganese – Cobalt (LiNixMnyCozO2)
Sa ngayon, ang mga baterya na may chemistry ng NMC ay nananatiling pinakamadalas na ginagamit sa sektor ng automotive.
Sa kimika na ito, isang napakataas na tiyak na enerhiya na hanggang sa 220 – 240 Wh/kg maaaring makamit. Ito ay malinaw na isang mapagpasyang competitive na kalamangan para sa isang kotse, dahil pinapayagan nito ang isang malaking halaga ng enerhiya na maimbak na may mababang timbang at volume,
nagbibigay-daan sa mas maraming enerhiya na mai-install sa sasakyan kaysa sa iba pang mga teknolohiyang nakabatay sa lithium.
Mayroong iba't ibang uri ng kimika ng NMC:
NMC 111 (Nikel 33.3% – Manganese 33.3% – Cobalt 33.3%)
NMC 622 (Nikel 60% – Manganese 20% – Cobalt 20%)
NMC 811 (Nikel 80% – Manganese 10% – Cobalt 10%)
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng NCA:
Nikel – Cobalt – Aluminyo (LiNiCoAIO2)
Ang mga baterya na may chemistry ng NCA ay ginagamit din sa sektor ng automotive kasama ng mga baterya ng NMC. Ang kanilang rating sa kaligtasan ay bahagyang mas mababa kaysa sa mga NMC, ngunit sa parehong oras mayroon silang napakataas na density ng enerhiya, na umaabot sa 250-300 Wh/Kg. Ang NCA Ang istraktura ng cell ay halos kapareho ng sa NMC 811, na may mataas na nilalaman ng nickel at isang mababang nilalaman ng kobalt at aluminyo. Dahil sa kanilang mataas na kapasidad sa pag-imbak ng enerhiya, ang mga baterya ng lithium ng NCA ay kadalasang ginagamit sa mga paghahalo sa mga kemikal ng NMC upang makamit ang isang kompromiso sa pagitan ng density ng enerhiya, kaligtasan at katatagan.
Komposisyon at katangian ng mga baterya ng lithium na may kimika ng LTO
Lithium titanate (Li4Ti5O12)
Ito ay isang chemistry na hindi pa gaanong nabanggit, ngunit ito ay mukhang napaka-promising sa mga tuntunin ng mga siklo ng buhay, dahil ang mababang panloob na boltahe nito at kakulangan ng mekanikal na stress ay nagpapahintulot na ito ay bumaba nang napakaliit, na madaling umabot sa 15,000 hanggang 20,000 na paggamit ng mga siklo na ito. Partikular na bentahe, maaari itong magamit para sa pagpapakuryente ng mga sasakyan at sasakyan na napapailalim sa napakabigat na paggamit, ngunit sa kasalukuyan ay nagdadala pa rin ito ng ilang mga problema na naglilimita sa paggamit at pagsasabog nito.
Ang mga mahinang punto nito ay 2:
Ang mababang densidad ng enerhiya (177Wh/l) at densidad ng gravimetric (60-70 Wh/Kg) pati na rin ang mas mababang nominal na boltahe na 2.4 V o 2.8 V: nangangahulugan ito na mas maraming mga cell ang kakailanganin sa serye upang makamit ang nais na boltahe ng baterya .
Ang kasalukuyang napakataas na halaga nito na makikita sa mababang bilang ng pandaigdigang mga tagagawa ng LTO cell, ito marahil ay dahil sa kasalukuyang mababang volume na hinihingi ng merkado.
Ang mga bentahe nito, sa kabilang banda, ay kasama hindi lamang ang mahabang buhay ng serbisyo nito, kundi pati na rin ang malawak na hanay ng temperatura nito, at ang mahusay nitong pagkamaramdamin sa high-power charging at discharging, ibig sabihin, mataas na C-Rate (ratio ng kasalukuyang sa rate na kapasidad).
Ang pinakamainam na paggamit ng teknolohiya ng LTO ay mga heavy-duty na application gaya ng mga AGV (automated guided vehicles): isipin ang mga fleet ng self-driving forklift trucks na gumagana 24/7, na sinasamantala rin ang mabilis na pagsingil upang mabawasan ang downtime at dahil dito ay mapataas ang kahusayan ng planta.
Mula sa Teorya hanggang sa Practice: Paggamit ng Tamang Lithium Chemistry para sa Bawat Aplikasyon
Binalangkas namin ang 6 na pangunahing uri ng chemistry na nakabatay sa lithium na kasalukuyang pinakamalawak na ginagamit sa iba't ibang lugar ng elektripikasyon. Ngunit hindi natin dapat isipin na ang mga kemikal na ito ay nakikipagkumpitensya sa isa't isa, sa kabaligtaran! Lahat sila ay mahalaga at mahusay na gumaganap, ngunit ang bawat lithium chemical ay pinakamahusay na gumagana sa iba't ibang lugar ng paggamit.
Ang diagram na ito ay nagpapakita ng paghahambing ng iba't ibang katangian ng mga chemistries sa mga tuntunin ng:
● Specific Energy o Gravimetric Density [Wh/Kg]: ay ang ratio ng dami ng enerhiya na nilalaman (Wh = V x Ah) sa bigat ng baterya.
● Kaligtasan: na malapit na nauugnay sa thermal stability dahil ang intrinsic na kaligtasan ay nakasalalay sa kung gaano katatag sa thermal ang mga bahagi
● C- Rate: rate ng charge/discharge, ibig sabihin, ang ratio sa pagitan ng charge o discharge current (A) at ang nominal na kapasidad ng cell (Ah). Ito ay isang parameter na malapit na nauugnay sa kakayahan ng cell na bumuo ng kapangyarihan.
● Life cycle: Bilang ng beses na ma-discharge at ma-charge ang cell hanggang sa maabot ang katapusan ng buhay, karaniwang isinasaalang-alang kapag naabot ang 80% na natitirang kapasidad.
● Gastos
Mga baterya ng LFP at LTO para sa sektor ng industriya
Sa industriya, agrikultura, o kahit para sa electrification ng mga espesyal na sasakyan, lalo na kung ito ay tungkol sa mga highly cyclic application na naglalagay ng stress sa baterya, mas mainam na gumamit ng chemistries tulad ng LFP at LTO, kung saan ang buhay ng serbisyo, pagiging maaasahan at kaligtasan ay ang pinakamahalagang pangangailangan.
Sa industriyal na mundo, samakatuwid, ang isyu ng espasyo ay hindi gaanong hadlang, tulad ng hindi mahalaga na magkaroon ng labis na pagganap o density ng enerhiya. Kapag sinusuri ang pagpili ng tamang chemistry, ang mas mahalagang salik ng kaligtasan samakatuwid ay pumapasok, isang aspeto na ilang tao ang gustong, at maaaring, ikompromiso.
Mas mainam na magkaroon ng baterya na bahagyang mas malaki, ngunit nagbibigay ng pinakamabuting kalagayan na kaligtasan at may mas mahabang buhay ng serbisyo. May mga sasakyan, tulad ng mga LGV at AGV na kinakailangang gamitin nang masinsinan at walang tigil na gumagana sa buong orasan, bilang resulta, ang kanilang mga baterya ay gagawa ng 3 o 4 na cycle ng pag-charge sa isang araw. Ang kimika ng LFP samakatuwid ay madaling susuportahan ang mga ito sa higit sa 4,000 na mga ikot ng recharge. Kung ang mga baterya para sa nakatigil na imbakan ay kinakailangan, kung gayon ang density ng enerhiya ay halos wala, at, sa kabaligtaran, ang gastos ng baterya at mga siklo ng buhay ay ang mga elemento sa likod ng pagpili ng kimika. Ang kimika ng LFP ay makakahanap ng lugar nito.