Aracınızı elektriklendirmek için en iyi kimya hangisidir?
Farklı pil türlerini keşfedelim
LCO kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri:
Lityum-Kobalt-Oksit (LiCoO 2 )
LCO kimyasına sahip lityum piller en yeni pillerdir ve çoğunlukla elektronik aletler ve Mobil uygulamalarve bir kobalt oksit katot (pozitif elektrot) ve bir grafit karbon anottan (negatif elektrot) oluşur.
Bu kimyanın avantajı, yüksek özgül enerjiye sahip olması ve çok hızlı şarj edilebilmeleri için iyi performans gösterebilen orta-küçük piller için mükemmel olmasıdır.
LCO pilleri aslında akıllı telefonlar, dijital kameralar ve taşınabilir dizüstü bilgisayarlar için en yaygın şekilde kullanılan pillerdir.
Öte yandan, kullanımları, boyutları nedeniyle çok büyük olmayan uygulamalarla sınırlıdır. güvenlik sınırlamaları. Ayrıca oldukça düşük bir deşarj akımına sahiptirler ve bu, yüksek yükler altında hızla aşırı ısınmalarına neden olabilir.
Ayrıca yüksek oranda kobalt içerirler, bulması zor olan ve ekstraksiyonda büyük etik sorunlarla ilişkilendirilen pahalı bir elementtir ve bu nedenle, giderek artan sayıda üretici artık onsuz yapmaya veya kullanımını mümkün olduğunca sınırlamaya çalışıyor. .
LMO kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri:
Lityum-Mangan Oksit (LiMn 2 O 4 )
ile lityum piller LMO kimyası kullananlara çok benzer şekilde gerçekleştirin LCO teknolojisi. Elektrikli aletler gibi küçük cihazlarda yaygın olarak kullanılırlar.
LMO pillerin temel özelliği, kısa sürede çok fazla enerji sağlayabilmeleridir. LMN pilleri manganez oksit katot ve grafit anottan oluşur.
Genellikle elektrikli bisikletlerde, bahçecilikte, tıbbi ekipmanlarda ve matkap ve tornavida gibi elektrikli aletlerde kullanılırlar.
LMO pilleri LCO kimyasına sahip pillerden daha yüksek bir termal stabiliteye sahiptir, ancak kobalt bazlı sistemlerden daha düşük olan kapasiteleri ile sınırlıdırlar.
LFP kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri:
Lityum – Demir – Fosfat (LiFePO4)
LFP kimyası, aşırı özgül enerjinin gerekli olmadığı, ancak çok yüksek güvenlik ve uzun ömür döngülerine ihtiyaç duyulan endüstriyel sektörün özel ihtiyaçlarına en iyi şekilde yanıt verir. Yani otomasyondan, robotik, lojistik, inşaat, tarım, teknecilik, elektrikli araçlardan, havalimanı araçlarına, hava platformlarından özel araca kadar çok geniş bir dünyadan bahsediyoruz. Aslında, LFP kimyasına sahip piller bugün piyasadaki en güvenli ve en kararlı pillerdir ve endüstriyel sistemlerin gerektirdiği şekilde yüksek kapasiteli formatlarda mevcuttur. birçok bağlantıya ihtiyaç duymadan paralel küçük hücrelerkararlılıklarını düşürecek ve aracın güvenliği. Günümüzde LFP kimyasına sahip bir pilin yaşam döngüleri, 3,500 döngüleri ve iyi bir BMS sistemi ile donatılmışsa, kolayca aşılabilir 4,000ve gelecekte daha da fazla 6,000 döngüleri beklenebilir.Ama dikkatli olmalıyız, “yaşam döngüleri” derken 3,500 döngüden sonra bir pilin tamamen bittiğini düşünmemeliyiz. Aslında, Bir araçtaki bir akünün kullanım ömrünün sona ermesinin her zaman kalan kapasitenin %80'i olarak kabul edildiğini, ancak enerji depolama gibi diğer alanlarda kullanım için pek çok olasılık olacağını unutmamak önemlidir. LFP kimyasının bir başka avantajı, doğal güvenliği ve yüksek yaşam döngülerinin yanı sıra, düz bir deşarj eğrisine sahip olmasıdır. Aşağıdaki resimde, eğri yükselme eğilimindedir. Bu sözde şarj eğrisidir, azalan eğriler ise deşarj sırasında akü voltajını ifade eder. % 100 ile % 0 arasındaki voltaj aralığı bu nedenle çok benzerdir ve bu, makinelerin ve endüstriyel araçların deşarjın başından sonuna kadar aynı performansı garanti etmesine izin verdiği için temel bir gerçektir.
Lityum LFP Kimya Deşarj Eğrisi
Öte yandan, bu avantaj dezavantaja da dönüşebilir, çünkü düz eğri nedeniyle sadece gerilimleri okumak doğru belirlemeyi daha karmaşık hale getirecektir. SOC (şarj durumu).
Bu sınırlamayı önlemek için, BMS Aküyü yöneten sistem, doğru Şarj Durumunu sağlamak ve dengeleme işlevlerini mümkün olan en iyi şekilde gerçekleştirmek için akıllı bir şekilde tasarlanmalıdır.
Bu kimyanın birçok avantajından biri, daha önce de belirttiğimiz gibi, çevre için en etkili olan toksik bir malzeme olan kobaltın tamamen bulunmamasıdır.
çok lityum pil üreticileri şu anda pillerindeki kobalt yüzdesini düşürmeye çalışıyorlar, bu nedenle kobalt içermeyen LFP kimyası büyük bir avantajla başlıyor.
Sadece birkaç yıl önce olmasına rağmen, LFP pilleri enerji yoğunlukları çok düşük olduğu için unutulmaya mahkum görünüyordu. 100 Wh/Kg, bugün bu teknoloji
enerji yoğunluğunda çok önemli bir artışla kelimenin tam anlamıyla küllerinden yeniden ortaya çıktı. 170 Wh/Kg kısa sürede otomotiv dünyasından yoğun ilgi gördü.
Önümüzdeki yıllarda gravimetrik yoğunluğun 220/230 Wh/Kg'ye daha fazla artması bekleniyor. İşte tam da bu nedenle, başta Tesla olmak üzere birçok otomobil üreticisi, araçlarının elektrifikasyonu için LFP kimyasını yeniden uygulamaya karar verdi. “standart aralığında”
araçlardan biraz daha düşük bir maliyetle daha iyi bir güvenlik seviyesi garanti ettiği için NMC kimyası yüksek performanslı araçlar için kullanılır. Beğenmek TeslaSo BYD, Volkswagen ve diğer birçok büyük otomotiv üreticisi artık LFP kimyasında büyük bir potansiyel görüyor.
NMC kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri:
Nikel – Manganez – Kobalt (LiNixMnyCozO2)
Bugüne kadar, NMC kimyasına sahip aküler, otomotiv sektöründe en sık kullanılanlar olmaya devam ediyor.
Bu kimya ile çok yüksek özgül enerji 220 – 240 Wh/kg elde edilebilir. Bu, düşük ağırlık ve hacimle büyük miktarda enerjinin depolanmasına izin verdiği için, bir otomobil için açıkça belirleyici bir rekabet avantajıdır.
araca diğer lityum bazlı teknolojilere göre daha fazla enerji kurulmasına izin verir.
Çeşitli NMC kimyası türleri vardır:
111 (Nikel %33.3 – Manganez %33.3 – Kobalt %33.3)
622 (Nikel %60 – Manganez %20 – Kobalt %20)
811 (Nikel %80 – Manganez %10 – Kobalt %10)
NCA kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri:
Nikel – Kobalt – Alüminyum (LiNiCoAIO2)
Otomotiv sektöründe NMC akülerin yanı sıra NCA kimyasına sahip aküler de kullanılmaktadır. Güvenlik derecelendirmeleri NMC'lerinkinden biraz daha düşüktür, ancak aynı zamanda 250-300 Wh/Kg'ye ulaşan çok yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptirler. NCA Hücre yapısı, yüksek nikel içeriği ve düşük kobalt ve alüminyum içeriğiyle NMC 811'inkine çok benzer. Yüksek enerji depolama kapasiteleri nedeniyle, NCA lityum piller genellikle enerji yoğunluğu, güvenlik ve kararlılık arasında bir uzlaşma sağlamak için NMC kimyaları ile karışımlarda kullanılır.
LTO kimyasına sahip lityum pillerin bileşimi ve özellikleri
Lityum titanat (Li4Ti5O12)
Hala çok az bahsedilen bir kimyadır, ancak düşük iç voltajları ve mekanik stresin olmaması, çok az bozunmasına izin verdiği ve bu döngülerin 15,000 ila 20,000 kullanımına kolayca ulaştığı için yaşam döngüleri açısından çok umut verici görünmektedir. Özel bir avantaj, çok yoğun kullanıma tabi olan arabaların ve araçların elektrifikasyonu için kullanılabilir, ancak şu anda hala kullanımını ve yayılmasını sınırlayan bazı problemler taşımaktadır.
Zayıf noktaları 2:
Düşük enerji yoğunluğu (177Wh/l) ve gravimetrik yoğunluk (60-70 Wh/Kg) ve ayrıca 2.4 V veya 2.8 V'luk daha düşük nominal voltaj: bu, istenen akü voltajına ulaşmak için seri olarak daha fazla hücreye ihtiyaç duyulacağı anlamına gelir .
Düşük sayıda küresel LTO hücresi üreticisine yansıyan şu anda çok yüksek maliyeti, bu muhtemelen pazarın talep ettiği mevcut düşük hacimlerden kaynaklanmaktadır.
Öte yandan, avantajları arasında sadece uzun hizmet ömrü değil, aynı zamanda geniş sıcaklık aralığı ve yüksek güçlü şarj ve deşarja karşı mükemmel duyarlılığı, yani yüksek C Oranı (akımın nominal kapasiteye oranı) yer alır.
LTO teknolojisinin ideal kullanımı, AGV'ler (otomatik kılavuzlu araçlar) gibi ağır hizmet uygulamalarıdır: 24/7 çalışan, arıza süresini azaltmak ve sonuç olarak tesis verimliliğini artırmak için hızlı şarj avantajından da yararlanan kendi kendine giden forklift filolarını hayal edin.
Teoriden Pratiğe: Her Uygulama İçin Doğru Lityum Kimyasının Kullanılması
Şu anda çeşitli elektrifikasyon alanlarında en yaygın şekilde kullanılan 6 ana lityum bazlı kimya türünü özetledik. Ancak bu kimyaların birbiriyle rekabet halinde olduğunu düşünmemeliyiz, tam tersi! Hepsi değerli ve yüksek performanslıdır, ancak her bir lityum kimyasalı farklı kullanım alanlarında en iyi sonucu verir.
Bu şema, kimyaların çeşitli özelliklerinin aşağıdakiler açısından bir karşılaştırmasını gösterir:
● Özgül Enerji veya Gravimetrik Yoğunluk [Wh/Kg]: içerilen enerji miktarının (Wh = V x Ah) pilin ağırlığına oranıdır.
● Güvenlik: Termal kararlılıkla yakından ilişkilidir çünkü içsel güvenlik, bileşenlerin termal olarak ne kadar kararlı olduğuna büyük ölçüde bağlıdır.
● C- Oranı: şarj/deşarj oranı, yani şarj veya deşarj akımı (A) ile hücrenin nominal kapasitesi (Ah) arasındaki oran. Bu, hücrenin güç üretme yeteneği ile yakından bağlantılı bir parametredir.
● Yaşam döngüsü: Normalde %80 artık kapasiteye ulaşıldığında dikkate alınan, pilin ömrünün sonuna ulaşılana kadar boşaltılıp şarj edilebileceği sayı.
● Maliyet
Endüstriyel sektör için LFP ve LTO pilleri
Endüstride, tarımda ve hatta özel araçların elektrifikasyonunda, özellikle aküye baskı uygulayan yüksek döngüsel uygulamalar söz konusu olduğunda, hizmet ömrünün, güvenilirliğin ve güvenliğin önemli olduğu LFP ve LTO gibi kimyaları kullanmak daha iyidir. en önemli gereksinimler.
Bu nedenle, endüstriyel dünyada, aşırı performans veya enerji yoğunluğuna sahip olmanın gerekli olmadığı gibi, alan sorunu da daha az kısıtlamadır. Bu nedenle, doğru kimya seçimini değerlendirirken, daha önemli olan güvenlik faktörü devreye girer; bu, çok az kişinin ödün vermek isteyeceği ve ödün verebileceği bir özelliktir.
Biraz daha hantal ancak optimum güvenlik sağlayan ve önemli ölçüde daha uzun hizmet ömrüne sahip bir aküye sahip olmak daha iyidir. LGV, AGV gibi yoğun kullanılması gereken ve 3 saat aralıksız çalışması gereken araçlar var, bunun sonucunda aküleri bir günde 4-4,000 kez bile şarj oluyor. Bu nedenle LFP kimyası, XNUMX'den fazla şarj döngüsüyle bunları kolayca destekleyecektir. Sabit depolama için piller gerekliyse, o zaman enerji yoğunluğu neredeyse hiçbir şey ifade etmez ve tam tersine, pil maliyeti ve yaşam döngüleri, kimya seçiminin ardındaki unsurlar olacaktır. LFP kimyası daha sonra yerini bulacaktır.